Aktive filtre Egenskaber, første og anden ordre, applikationer



den aktive filtre er dem, der har kontrollerede kilder eller aktive elementer, såsom for eksempel driftsforstærkere, transistorer eller vakuumrør. Via et elektronisk kredsløb kan et filter overholde modelleringen af ​​en overføringsfunktion, der ændrer indgangssignalet og giver et udgangssignal i overensstemmelse med designet.

Konfigurationen af ​​et elektronisk filter er sædvanligvis selektivt, og udvælgelseskriteriet er frekvensen af ​​indgangssignalet. På grund af ovenstående afhænger filteret i rækkevidde (i serie eller parallelt), at visse signaler kan passere og blokere resten af ​​passagen.

På denne måde karakteriseres udgangssignalet ved at blive renset i overensstemmelse med designparametrene for kredsløbet, der udgør filteret.

indeks

  • 1 kendetegn
  • 2 Filtre af den første ordre
    • 2.1 Lavpasfiltre
    • 2.2 Filtre passerer højt
  • 3 Second-order filtre
  • 4 applikationer
  • 5 referencer

funktioner

- Aktive filtre er analoge filtre, hvilket betyder at de ændrer et analogt signal (input) afhængigt af frekvenskomponenterne.

- Takket være tilstedeværelsen af ​​aktive komponenter (driftsforstærkere, vakuumrør, transistorer osv.) Øger denne type filtre en sektion eller hele udgangssignalet med hensyn til indgangssignalet.

Dette skyldes forstærkning af energi ved brug af operationelle forstærkere (OPAMS). Ovennævnte letter opnåelse af resonans og en højkvalitetsfaktor uden brug af induktorer. For sin del er kvalitetsfaktoren - også kendt som Q-faktor - et mål for skarphed og effektivitet af resonans.

- Aktive filtre kan kombinere aktive og passive komponenter. Sidstnævnte er de grundlæggende komponenter i kredsløbene: modstande, kondensatorer og induktorer.

- Aktive filtre tillader kaskadeforbindelser, er konfigureret til at forstærke signaler og tillade integration mellem to eller flere kredsløb om nødvendigt.

- Hvis kredsløbet har driftsforstærkere, begrænses udgangsspændingen af ​​kredsløbet af disse elementers mætningsspænding.

- Afhængigt af typen af ​​kredsløb og de nominelle værdier for de aktive og passive elementer kan det aktive filter udformes til at give en høj indgangsimpedans og en lille udgangsimpedans..

- Fremstillingen af ​​aktive filtre er økonomisk sammenlignet med andre typer af samlinger.

- For at operere kræver aktive filtre en strømforsyning, fortrinsvis symmetrisk.

Første ordensfiltre

De første ordensfiltre bruges til at dæmpe signalerne, der er over eller under afvisningsklassen, i multipler på 6 decibel hver gang frekvensen fordobles. Denne type af samlinger er normalt repræsenteret af følgende overførselsfunktion:

Når du nedbryder tælleren og nævneren af ​​udtrykket, skal du:

- N (jω) er et polynom af grad ≤ 1

- t er den inverse af filterets vinkelfrekvens

- Wc er vinkelfrekvensen af ​​filteret og er givet ved følgende ligning:

I udtrykketc er filter cutoff frekvensen.

Cutoff-frekvensen er den grænsefrekvens for filteret, for hvilket signaldæmpning induceres. Afhængigt af filterets konfiguration (lavpas, højpasning, båndpas eller båndeliminering) vises effekten af ​​filterdesignet netop fra cutoff-frekvensen.

I det særlige tilfælde af førsteordensfiltre kan disse kun være lavpas eller højpas.

Lavpasfiltre

Denne type filtre tillader passage af lavere frekvenser og dæmper eller undertrykker frekvenser over cutoff frekvensen.

Overførselsfunktionen for lavpasfiltrene er som følger:

Amplituden og fase responsen af ​​denne overføringsfunktion er:

Et aktivt lavpasfilter kan opfylde designfunktionen ved hjælp af input- og jordudladningsmodstander, sammen med driftsforstærkere og modstands- og kondensatorkonfigurationer parallelt. Nedenfor er et eksempel på et inverter lavpass aktivt kredsløb:

Parametrene for overføringsfunktionen for dette kredsløb er:

Filtre passerer højt

På den anden side har højpasfiltre den modsatte effekt sammenlignet med lavpasfiltre. Det vil sige, at denne type filtre dæmper lave frekvenser og lader høje frekvenser passere.

Selv afhængigt af konfigurationen af ​​kredsløbet kan højpas aktive filtre forstærke signalerne, hvis de har driftsforstærkere specielt indrettet til det formål. Overføringsfunktionen af ​​et aktivt højpasfilter i den første ordre er som følger:

Amplituden og fase respons af systemet er:

Et aktivt højpasfilter bruger modstande og kondensatorer i serie ved kredsløbets indgang, samt en modstand i udladningen til jorden for at opfylde tilbagekoblingsimpedans funktion. Nedenfor er et eksempel på et aktivt high-pass inverter kredsløb:

Parametrene for overføringsfunktionen for dette kredsløb er:

Second-order filtre

Second-order-filtre opnås normalt ved at lave førstordens filterforbindelser i serie for at opnå en mere kompleks opsætning, der muliggør selektiv frekvensindstilling.

Det generelle udtryk for overføringsfunktionen af ​​et andet-ordningsfilter er:

Når du nedbryder tælleren og nævneren af ​​udtrykket, skal du:

- N (jω) er et polynom af grad ≤ 2.

- Weller er vinkelfrekvensen af ​​filteret og er givet ved følgende ligning:

I denne ligning feller er den karakteristiske frekvens af filteret. Hvis der er et RLC kredsløb (modstand, induktor og kondensator i serie), falder filterets karakteristiske frekvens sammen med filterets resonansfrekvens.

Resonansfrekvensen er igen den frekvens, hvor systemet når sin maksimale grad af svingning.

- ζ er dæmpningsfaktoren. Denne faktor definerer systemets evne til at dæmpe indgangssignalet.

Til gengæld opnås fra filtreringsfaktoren filterkvalitetsfaktoren gennem følgende udtryk:

Afhængig af designet af kredsløbets impedanser kan de sekundære ordens aktive filtre være: lavpasfiltre, højpasfiltre og bandpasfiltre..

applikationer

De aktive filtre anvendes i elektriske netværk for at reducere forstyrrelser i netværket på grund af tilslutning af ikke-lineære belastninger.

Disse forstyrrelser kan gennemsyres gennem kombinationen af ​​aktive og passive filtre, og variationen af ​​indgangsimpedanserne og RC-konfigurationerne gennem hele samlingen.

I el-elektriske netværk anvendes aktive filtre til at reducere strømmenes harmoniske strømning gennem netværket mellem aktivt filter og strømgenereringsknudepunktet.

På samme måde hjælper de aktive filtre med at afbalancere returstrømmene, der cirkulerer gennem neutralen, og harmonikerne forbundet med denne strøm og systemets spænding.

Derudover opfylder de aktive filtre en fremragende funktion med hensyn til korrektion af effektfaktoren for de sammenkoblede elektriske systemer.

referencer

  1. Aktive filtre (s.f.). National Experimental University of Tachira. Stat Táchira, Venezuela. Hentet fra: unet.edu.ve
  2. Lamich, M. (2001). Aktive filtre: Introduktion og applikationer. Universitat Politècnica de Catalunya, Spanien. Hentet fra: crit.upc.edu
  3. Miyara, F. (2004). Aktive filtre. National University of Rosario. Argentina. Hentet fra: fceia.unr.edu.ar
  4. Gimenez, M (s.f.). Kredsløbsteori II. Simón Bolívar Universitet. Stat Miranda, Venezuela. Hentet fra: labc.usb.ve
  5. Wikipedia, Den Frie Encyklopædi (2017). Aktivt filter Hentet fra: en.wikipedia.org
  6. Wikipedia, Den Frie Encyklopædi (2017). Elektronisk filter Hentet fra: en.wikipedia.org