Aktive filtre er de som har kontrollerte kilder eller aktive elementer, for eksempel driftsforsterkere, transistorer eller vakuumrør. Gjennom en elektronisk krets tillater et filter å utføre modellering av en overføringsfunksjon som endrer inngangssignalet og gir et utgangssignal i henhold til designet.
Konfigurasjonen av et elektronisk filter er vanligvis selektiv og valgkriteriet er frekvensen av inngangssignalet. Avhengig av ovenstående, avhengig av type krets (i serie eller parallelt) vil filteret tillate passering av visse signaler og vil blokkere passasjen til resten.
På denne måten vil utgangssignalet karakteriseres ved å bli foredlet i henhold til designparametrene til kretsen som utgjør filteret.
kjennetegn
- Aktive filtre er analoge filtre, noe som betyr at de modifiserer et analogt signal (inngang) som en funksjon av frekvenskomponentene.
- Takket være tilstedeværelsen av aktive komponenter (driftsforsterkere, vakuumrør, transistorer osv.) Øker denne typen filter en seksjon eller hele utsignalet, med hensyn til inngangssignalet.
Dette skyldes kraftforsterkningen ved bruk av operasjonsforsterkere (OPAMS). Dette gjør det lettere å oppnå resonans og en høy kvalitetsfaktor, uten behov for å bruke induktorer. Kvalitetsfaktoren - også kjent som Q-faktor - er på sin side et mål på resonansens skarphet og effektivitet.
- Aktive filtre kan kombinere aktive og passive komponenter. Sistnevnte er de grunnleggende komponentene i kretsløp: motstander, kondensatorer og induktorer.
- Aktive filtre gir mulighet for kaskadetilkoblinger, er konfigurert til å forsterke signaler og tillate integrering mellom to eller flere kretsløp om nødvendig.
- I tilfelle kretsen har driftsforsterkere, er utgangsspenningen til kretsen begrenset av metningsspenningen til disse elementene.
- Avhengig av type krets og karakterene til de aktive og passive elementene, 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 montering.
- For å bruke, krever aktive filtre en strømforsyning, helst symmetrisk.
Første ordens filtre
Første ordens filtre brukes til å dempe signaler som er over eller under graden av avvisning, i multiplum på 6 desibel hver gang frekvensen dobles. Denne typen oppsett er vanligvis representert av følgende overføringsfunksjon:
Når vi bryter ned telleren og nevner for uttrykket, har vi:
- N (jω) er et polynom av grad ≤ 1
- t er det inverse av filterets vinkelfrekvens
- W c er vinkelfrekvensen til filteret, og er gitt ved den følgende ligning:
I dette uttrykket f c er grensefrekvensen for filteret.
Avskjæringsfrekvensen er grensehyppigheten til filteret som det blir indusert en demping av signalet for. Avhengig av filterkonfigurasjonen (lavpass, høyt pass, båndpass eller eliminering av bånd), presenteres effekten av filterutformingen nøyaktig fra avskjæringsfrekvensen.
I det spesielle tilfellet med førsteordens filtre, kan disse bare være lavpas eller høypass.
Lavpassfilter
Denne typen filter lar de lavere frekvensene passere, og demper eller demper frekvensene over cutoff-frekvensen.
Overføringsfunksjonen for lavpassfiltrene er som følger:
Amplitude- og faseresponsen til denne overføringsfunksjonen er:
Et aktivt lavpassfilter kan oppfylle designfunksjonen ved å benytte inngangs- og bakkeutladningsmotstander, sammen med op-ampere og parallelle kondensator- og motstandskonfigurasjoner. Nedenfor er et eksempel på en aktiv lavpassomformerkrets:
Parametrene for overføringsfunksjonen for denne kretsen er:
Høypassfilter
For deres del har høypassfilter motsatt effekt, sammenlignet med lavpassfilter. Med andre ord, denne typen filter demper de lave frekvensene og lar de høye frekvensene passere.
Selv, avhengig av kretskonfigurasjonen, kan aktive høypassfilter forsterke signalene hvis de har driftsforsterkere som er spesielt anordnet for det formålet. Overføringsfunksjonen til et førsteordens aktivt høytpassfilter er som følger:
Systemets amplitude og faserespons er:
Et aktivt høytpassfilter bruker motstander og kondensatorer i serie ved inngangen til kretsen, så vel som en motstand i utladningsbanen til bakken, for å tjene som en tilbakemeldingsimpedans. Her er et eksempel på en aktiv høypass omformerkrets:
Parametrene for overføringsfunksjonen for denne kretsen er:
Andre ordens filtre
Andre ordens filtre oppnås vanligvis ved å lage første ordens filterforbindelser i serie, for å få en mer kompleks enhet som gjør det mulig å selektivt innstille frekvenser.
Det generelle uttrykket for overføringsfunksjonen til et andreordens filter er:
Når vi bryter ned telleren og nevner for uttrykket, har vi:
- N (jω) er et polynom av grad ≤ 2.
- W o er filterets vinkelfrekvens, og er gitt av følgende ligning:
I denne ligningen f o er den karakteristiske frekvens for filteret. I tilfelle å ha en RLC-krets (motstand, induktor og kondensator i serie), samsvarer den karakteristiske frekvensen til filteret med resonansfrekvensen til filteret.
I sin tur er resonansfrekvensen frekvensen som systemet når sin maksimale svingningsgrad på.
- ζ er dempingsfaktoren. Denne faktoren definerer systemets evne til å dempe inngangssignalet.
Fra dempingsfaktoren oppnås i sin tur filterkvalitetsfaktoren gjennom følgende uttrykk:
Avhengig av utformingen av kretsimpedansene, kan de andre ordens aktive filtre være: lavpassfilter, høypassfilter og bandpassfilter.
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 passive filtre, og varierende inngangsimpedanser og RC-innstillinger gjennom hele monteringen.
I elektriske kraftnettverk brukes aktive filtre for å redusere harmonien i strøm som sirkulerer gjennom nettverket mellom det aktive filteret og den elektriske kraftproduksjonsnoden.
På samme måte hjelper de aktive filtrene til å balansere returstrømmene som sirkulerer gjennom nøytralen, og harmonikkene knyttet til denne strømmen og systemspenningen.
I tillegg spiller aktive filtre en utmerket rolle i å korrigere effektfaktoren til sammenkoblede elektriske systemer.
referanser
- Aktive filtre (sf). Nasjonalt eksperimentelt universitet i Táchira. Táchira delstat, Venezuela. Gjenopprettet fra: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Aktive filtre: Introduksjon og applikasjoner. Universitat Politècnica de Catalunya, Spania. Gjenopprettet fra: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Aktive filtre. National University of Rosario. Argentina. Gjenopprettet fra: fceia.unr.edu.ar
- Gimenez, M (sf). Kretsteori II. Simon Bolivar University. Miranda State, Venezuela. Gjenopprettet fra: labc.usb.ve
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Aktivt filter. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronisk filter. Gjenopprettet fra: es.wikipedia.org