Aktive filtre

Hva er aktive filtre?

De Aktive filtre De er de som har kontrollerte kilder eller aktive elementer, for eksempel operasjonelle forsterkere, transistorer eller vakuumrør. Gjennom en elektronisk krets lar et filter overholde modelleringen av en overføringsfunksjon som endrer inngangssignalet og gir et utgangssignal i henhold til utformingen.

Konfigurasjonen av et elektronisk filter er vanligvis selektivt, og valgkriteriene er frekvensen av inngangssignalet. På grunn av det ovennevnte, avhengig av typen krets (i serie eller parallelt), vil filteret tillate passering av visse signaler og blokkere resten av resten.

På denne måten vil utgangssignalet bli karakterisert ved å bli foredlet i henhold til designparametrene til kretsen som utgjør filteret.

Kjennetegn på aktive filtre

- Aktive filtre er analoge filtre, noe som innebærer at de modifiserer et analogt signal (input) avhengig av frekvenskomponenter.

- Takket være tilstedeværelsen av aktive komponenter (operasjonelle forsterkere, vakuumrør, transistorer, etc.), Denne typen filtre øker en seksjon eller hele utgangssignalet, med hensyn til inngangssignalet.

Dette skyldes forsterkning av energi på grunn av bruk av operasjonelle forsterkere (OPAMS). Dette letter resonansinnhenting og en høykvalitetsfaktor, uten å bruke induktorer. For sin del er kvalitetsfaktoren - også kjent som en Q -faktor et mål på skarpheten og effektiviteten av resonans.

- Aktive filtre kan kombinere aktive og forpliktelseskomponenter. De sistnevnte er de grunnleggende komponentene i kretsløpene: motstander, kondensatorer og induktorer.

- Aktive filtre tillater kaskadeforbindelser, er konfigurert for å forsterke signaler og tillate integrasjon mellom to eller flere kretsløp om nødvendig.

Kan tjene deg: de 50 mest kjente oppfinnerne i historien

- I tilfelle kretsen har operasjonsforsterkere, er kretens utgangsspenning begrenset av metningsspenningen til disse elementene.

- Avhengig av typen krets, og de nominelle verdiene til aktive og forpliktelser, kan det aktive filteret utformes for å gi en høy inngangsimpedans og en liten utgangsimpedans.

- Produksjonen av aktive filtre er økonomisk sammenlignet med andre typer samlinger.

- For å betjene krever aktive filtre en fôringskilde, helst symmetrisk.

Første ordrefiltre

Første ordens filtre brukes til å dempe signalene som er over eller under avvisningsgraden, i multipler på 6 desibel hver gang frekvensen er doblet. Denne typen samlinger er vanligvis representert med følgende overføringsfunksjon:

Når telleren og nevneren av uttrykket, må du:

- N (jω) er en karakterpolynom ≤ 1

- t er det inverse av filterets vinkelfrekvens

- W_c Det er vinkelfrekvensen til filteret, og er gitt av følgende ligning:

I nevnte uttrykk f_c Det er filterets kuttfrekvens.

Skjærefrekvensen er at grensefrekvensen til filteret som en demping av signalet induseres. Avhengig av filterkonfigurasjonen (lavpass, høy passering, båndpass eller eliminerer bånd), presenteres effekten av filterdesign nøyaktig fra skjærefrekvensen.

I det spesielle tilfellet med førsteordrefiltre kan disse bare være lave eller høye trinn.

Lavpassfiltre

Denne typen filtre tillater de laveste frekvensene, og demper eller demper frekvensene som er større enn skjærefrekvensen.

Det kan tjene deg: Inngangsenheter: egenskaper, hva er bruk, typer, eksempler

Overføringsfunksjonen for lavpassfiltrene er som følger:

Amplituden og faseresponsen til denne overføringsfunksjonen er:

Et lavt aktivt passasjefilter kan oppfylle designfunksjonen ved bruk av inngangs- og bakkeutladningsmotstander, sammen med operasjonelle forsterkere og resistens- og kondensatorer konfigurasjoner i parallell. Nedenfor er et eksempel på et aktivt kretsstrinn som er under investor:

Parametrene for overføringsfunksjonen for denne kretsen er:

Filtre passerer høyt

For deres del har filtre med høy passasje en motsatt effekt, sammenlignet med de lave passasjefiltrene. Det vil si at denne typen filtre demper de lave frekvensene og lar de høye frekvensene passere.

Avhengig av kretskonfigurasjonen kan høye trinnfiltrene forsterke signalene hvis de har spesielt arrangert operasjonelle forsterkere for det formålet. Overføringsfunksjonen til et høyt ordre høyt aktivt trinnfilter er som følger:

Responsen i amplitude og i systemfasen er:

Et aktivt høyt passasjefilter bruker resistens- og seriekondensatorer ved kretsinngangen, samt en motstand på jordingstien, for å oppfylle tilbakemeldingsimpedansfunksjonen funksjon. Nedenfor er et eksempel på en aktiv kretshøy omformer:

Parametrene for overføringsfunksjonen for denne kretsen er:

Andre -orden filtre

Andreordens filtre oppnås vanligvis når du lager førsteordre filterforbindelser i serie, for å oppnå en mer kompleks montering som tillater selektiv innstillingfrekvenser.

Det generelle uttrykket for overføringsfunksjonen til et andreordens filter er:

Når telleren og nevneren av uttrykket, må du:

Kan tjene deg: de 10 viktigste Excel -elementene

- N (jω) er en karakterpolynom ≤ 2.

- W_enten Det er vinkelfrekvensen til filteret, og er gitt av følgende ligning:

I denne ligningen f_enten Det er den karakteristiske frekvensen til filteret. I tilfelle en RLC -krets (motstand, induktor og seriekondensator) er.

På sin side er resonansfrekvensen frekvensen som systemet når sin maksimale svingningsgrad.

- ζ det er dempingsfaktoren. Denne faktoren definerer kapasiteten til systemet til å dempe inngangssignalet.

I sin tur oppnås fra dempingsfaktoren filterkvalitetsfaktoren gjennom følgende uttrykk:

Avhengig av utformingen av kretsimpedansene, kan andre -ordre aktive filtre være: lave trinnfiltre, høye passasjefiltre og passbåndfiltre.

Aktive filtre applikasjoner

Aktive filtre brukes i elektriske nettverk for å redusere forstyrrelser i nettverket, på grunn av tilkobling av ikke -lineære belastninger.

Disse forstyrrelsene kan gjennomsyres ved å kombinere aktive og forpliktelser, og variasjonen av inngangsimpedanser og RC -konfigurasjoner i hele forsamlingen.

I elektriske nettverk brukes aktive filtre for å redusere nåværende harmonikker som sirkulerer gjennom nettverket mellom aktivt filter og elektrisk kraftproduksjonsnode.

På samme måte hjelper aktive filtre med å balansere returstrømmene som sirkulerer gjennom nøytralen, og harmonikkene som er forbundet med denne nåværende sirkulasjons- og systemspenningen.

I tillegg oppfyller aktive filtre en utmerket funksjon når det gjelder korreksjon av effektfaktoren til sammenkoblede elektriske systemer.