AKTIVNI FILTRI: LASTNOSTI, PRVEGA IN DRUGEGA REDA - TEHNOLOGIJA - 2025

Aktivni filtri so tisti, ki imajo nadzorovane vire ali aktivne elemente, na primer operacijski ojačevalniki, tranzistorji ali vakuumske cevi. Preko elektronskega vezja filter omogoča modeliranje prenosne funkcije, ki spreminja vhodni signal in daje izhodni signal glede na zasnovo.

Konfiguracija elektronskega filtra je običajno selektivna, izbirno merilo pa je frekvenca vhodnega signala. Zaradi zgoraj navedenega bo filter, odvisno od vrste vezja (zaporedno ali vzporedno), omogočil prehod določenih signalov in blokiral prehod ostalih.

Na ta način bo značilno, da bo izhodni signal izboljšan glede na konstrukcijske parametre vezja, ki tvori filter.

značilnosti

- Aktivni filtri so analogni filtri, kar pomeni, da spreminjajo analogni signal (vhod) kot funkcijo frekvenčnih komponent.

- Zahvaljujoč prisotnosti aktivnih komponent (operacijski ojačevalniki, vakuumske cevi, tranzistorji itd.) Ta vrsta filtra poveča odsek ali celoten izhodni signal glede na vhodni signal.

To je posledica ojačanja moči z uporabo operativnih ojačevalnikov (OPAMS). Tako je lažje pridobiti resonanco in visokokakovostni faktor, ne da bi bilo treba uporabljati induktorje. Faktor kakovosti - znan tudi kot faktor Q - je merilo ostrine in učinkovitosti resonance.

- Aktivni filtri lahko kombinirajo aktivne in pasivne komponente. Slednji so osnovne komponente vezij: upori, kondenzatorji in induktorji.

- Aktivni filtri omogočajo kaskadne povezave, konfigurirani so za ojačanje signalov in po potrebi omogočajo integracijo med dvema ali več vezji.

- Če ima vezje delujoče ojačevalnike, je izhodna napetost tokokroga omejena z napetostjo nasičenja teh elementov.

- Glede na vrsto vezja in nazivne vrednosti aktivnih in pasivnih elementov je aktivni filter zasnovan tako, da zagotavlja visoko vhodno impedanco in majhno izhodno impedanco.

- Izdelava aktivnih filtrov je ekonomična v primerjavi z drugimi vrstami sklopov.

- Za delovanje aktivni filtri potrebujejo napajanje, po možnosti simetrično.

Filtri prvega reda

Filtri prvega reda se uporabljajo za ublažitev signalov, ki so nad ali pod stopnjo zavrnitve, in sicer v množicah 6 decibelov vsakič, ko se frekvenca podvoji. To vrsto nastavitve ponavadi predstavlja naslednja funkcija prenosa:

Pri razčlenitvi števca in imenovalca izraza imamo:

- N (jω) je polinom stopnje ≤ 1

- t je obratna kotna frekvenca filtra

- W _c je kotna frekvenca filtra in je podana z naslednjo enačbo:

V tem izrazu f _c je mejna frekvenca filtra.

Mejna frekvenca je mejna frekvenca filtra, za katero se sproži slabljenje signala. Glede na konfiguracijo filtra (pasov z nizkim pasovnim pasom, visokim pasovnim pasom, pasovnim pasom ali odstranjevanjem) je učinek zasnove filtra predstavljen natančno od frekvence preseka.

V posebnem primeru filtrov prvega reda so lahko le nizki ali visoki.

Filtri z nizkim prehodom

Ta vrsta filtra omogoča prehajanje nižjih frekvenc in zmanjšuje ali duši frekvence nad presečno frekvenco.

Funkcija prenosa za nizkoprepustne filtre je naslednja:

Amplituda in fazni odziv te prenosne funkcije sta:

Aktivni nizkoprepustni filter lahko izpolni oblikovalsko funkcijo z vhodnimi in ozemljitvenimi upori, skupaj z op-amperi in vzporednimi kondenzatorskimi in upornimi konfiguracijami. Spodaj je primer aktivnega nizkoprepustnega pretvornika:

Parametri prenosne funkcije za to vezje so:

Visokotlačni filtri

Visokotlačni filtri imajo nasproten učinek v primerjavi z nizkoprepustnimi filtri. Z drugimi besedami, ta vrsta filtra oslabi nizke frekvence in omogoči prehodom visokih frekvenc.

Tudi aktivni visokofrekvenčni filtri lahko glede na konfiguracijo vezja ojačajo signale, če imajo v ta namen posebej nameščene operacijske ojačevalnike. Prenosna funkcija aktivnega visokoprepustnega filtra prvega reda je naslednja:

Amplituda in fazni odziv sistema je:

Aktivni visokofrekvenčni filter zaporedno uporablja upornike in kondenzatorje na vhodu v vezje, kot tudi upor na izpustni poti do tal, da služi kot povratna impedanca. Tu je primer aktivnega visokoprepustnega pretvornika:

Parametri prenosne funkcije za to vezje so:

Filtri drugega reda

Filtri drugega reda se navadno dobijo tako, da se zaporedoma izvedejo filtrirne povezave prvega reda, da se pridobi bolj zapleten sklop, ki omogoča selektivno nastavljanje frekvenc.

Splošni izraz za funkcijo prenosa filtra drugega reda je:

Pri razčlenitvi števca in imenovalca izraza imamo:

- N (jω) je polinom stopnje 2.

- W _o je kotna frekvenca filtra in je podana z naslednjo enačbo:

V tej enačbi f _O je značilna frekvenca filtra. Če ima vezje RLC (zaporedni upor, induktor in kondenzator), se značilna frekvenca filtra ujema z resonančno frekvenco filtra.

Resonančna frekvenca je frekvenca, pri kateri sistem doseže največjo stopnjo nihanja.

- ζ faktor dušenja. Ta dejavnik določa sposobnost sistema, da duši vhodni signal.

Koeficient kakovosti filtra se iz faktorja dušenja pridobi z naslednjim izrazom:

Odvisno od zasnove impedance tokokroga so lahko aktivni filtri drugega reda: nizkoprepustni filtri, visokoprepustni filtri in pasovni filtri.

Prijave

V električnih omrežjih se uporabljajo aktivni filtri za zmanjšanje motenj v omrežju zaradi povezave nelinearnih obremenitev.

Te motnje je mogoče odpraviti s kombiniranjem aktivnih in pasivnih filtrov ter različnimi vhodnimi impedancami in RC nastavitvami skozi celoten sklop.

V električnih omrežjih se aktivni filtri uporabljajo za zmanjšanje harmonskih tokov, ki krožijo po omrežju med aktivnim filtrom in vozliščem za proizvodnjo električne energije.

Prav tako aktivni filtri pomagajo uravnotežiti povratne tokove, ki krožijo skozi nevtral, in harmonike, povezane s tem tokovnim tokom in sistemsko napetostjo.

Poleg tega imajo aktivni filtri odlično vlogo pri popravljanju faktorja moči med seboj povezanih električnih sistemov.

Reference

1. Aktivni filtri (sf). Nacionalna eksperimentalna univerza Táchira. Država Táchira, Venezuela. Pridobljeno iz: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Aktivni filtri: Uvod in aplikacije. Universitat Politècnica de Catalunya, Španija. Pridobljeno iz: krit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Aktivni filtri. Nacionalna univerza v Rosariju. Argentina. Pridobljeno: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Teorija vezja II. Univerza Simon Bolivar. Država Miranda, Venezuela. Pridobljeno: labc.usb.ve
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Aktivni filter. Pridobljeno: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronski filter. Pridobljeno: es.wikipedia.org