Aktive filtre er dem, der har kontrollerede kilder eller aktive elementer, såsom driftsforstærkere, transistorer eller vakuumrør. Gennem et elektronisk kredsløb giver et filter mulighed for at udføre modelleringen af en overførselsfunktion, der ændrer indgangssignalet og giver et udgangssignal i henhold til designet.
Konfigurationen af et elektronisk filter er normalt selektiv, og valgkriteriet er indgangssignalets frekvens. Afhængigt af ovenstående vil filteret, afhængigt af typen af kredsløb (i serie eller parallelt), tillade passering af visse signaler og vil blokere resten af passagen.
På denne måde vil udgangssignalet karakteriseres ved at blive forfinet i henhold til designparametrene for kredsløbet, der udgør filteret.
egenskaber
- Aktive filtre er analoge filtre, hvilket betyder, at de ændrer et analogt signal (input) som en funktion af frekvenskomponenterne.
- Takket være tilstedeværelsen af aktive komponenter (driftsforstærkere, vakuumrør, transistorer osv.) Øger denne filtertype et afsnit eller hele udgangssignalet med hensyn til indgangssignalet.
Dette skyldes effektforstærkning ved hjælp af operationelle forstærkere (OPAMS). Dette gør det lettere at opnå resonans og en høj kvalitetsfaktor uden behov for at bruge induktorer. Kvalitetsfaktoren - også kendt som Q-faktoren - er på sin side et mål for resonansens skarphed og effektivitet.
- Aktive filtre kan kombinere aktive og passive komponenter. Sidstnævnte er de grundlæggende komponenter i kredsløb: modstande, kondensatorer og induktorer.
- Aktive filtre tillader kaskadeforbindelser, er konfigureret til at forstærke signaler og muliggøre integration mellem to eller flere kredsløb om nødvendigt.
- I tilfælde af, at kredsløbet har driftsforstærkere, er udgangsspændingen for kredsløbet begrænset af mætningsspændingen for disse elementer.
- Afhængigt af kredsløbstypen og klassificeringen af de aktive og passive elementer, kan det aktive filter designes til at give en høj indgangsimpedans og en lille outputimpedans.
- Fremstillingen af aktive filtre er økonomisk sammenlignet med andre typer samlinger.
- For at betjene kræver aktive filtre en strømforsyning, fortrinsvis symmetrisk.
Første ordens filtre
Første ordens filtre bruges til at dæmpe signaler, der er over eller under graden af afvisning, i multipla på 6 decibel, hver gang frekvensen fordobles. Denne type opsætning er normalt repræsenteret af følgende overførselsfunktion:
Når vi nedbryder tælleren og nævneren for udtrykket, har vi:
- N (jω) er et polynomium i grad ≤ 1
- t er det inverse af filterets vinkelfrekvens
- W c er vinkel frekvensen af filteret, og er givet ved den følgende ligning:
I dette udtryk er fc filterets afskæringsfrekvens.
Afskæringsfrekvensen er grænsefrekvensen for det filter, hvortil der er induceret en dæmpning af signalet. Afhængigt af filterkonfigurationen (lavpas, højpas, båndpas eller eliminering af bånd) præsenteres effekten af filterdesignet nøjagtigt fra afskæringsfrekvensen.
I det særlige tilfælde af førsteordens filtre kan disse kun være lavpas eller højpas.
Lavpas filtre
Denne type filter tillader, at de lavere frekvenser passerer igennem, og dæmper eller undertrykker frekvenser over cutoff-frekvensen.
Overførselsfunktionen for lavpasfiltrene er som følger:
Amplitude- og faseresponsen for denne overførselsfunktion er:
Et aktivt lavpasfilter kan udføre designfunktionen ved hjælp af indgangs- og jordmodstande sammen med op-ampere og parallelle kondensator- og modstandskonfigurationer. Nedenfor er et eksempel på et aktivt lavpas inverter kredsløb:
Parametrene for overførselsfunktionen for dette kredsløb er:
Højpasfiltre
For deres del har højpasfiltre den modsatte virkning sammenlignet med lavpasfiltre. Med andre ord dæmper denne type filter de lave frekvenser og lader de høje frekvenser passere.
Selv afhængig af kredsløbskonfigurationen kan aktive højpasfiltre forstærke signalerne, hvis de har driftsforstærkere, der er specielt arrangeret til dette formål. Overførselsfunktionen af et førsteordens aktivt højpasfilter er som følger:
Systemets amplitude og fasereaktion er:
Et aktivt højpasfilter bruger modstande og kondensatorer i serie ved indgangen til kredsløbet, såvel som en modstand i udledningsvejen til jorden, til at tjene som en feedback-impedans. Her er et eksempel på et aktivt højpassinverterkredsløb:
Parametrene for overførselsfunktionen for dette kredsløb er:
Anden ordens filtre
Anden ordens filtre opnås normalt ved at oprette første ordens filterforbindelser i serie for at opnå en mere kompleks samling, der tillader selektiv indstilling af frekvenser.
Det generelle udtryk for overførselsfunktionen af et andet ordensfilter er:
Når vi nedbryder tælleren og nævneren for udtrykket, har vi:
- N (jω) er et polynomium i grad ≤ 2.
- W o er filterets vinkelfrekvens og gives ved følgende ligning:
I denne ligning er f o den karakteristiske hyppighed af filteret. I tilfælde af at have et RLC-kredsløb (modstand, induktor og kondensator i serie), matcher filterets karakteristiske frekvens resonansfrekvensen.
Til gengæld er resonansfrekvensen den frekvens, hvormed systemet når sin maksimale svingningsgrad.
- ζ er dæmpningsfaktoren. Denne faktor definerer systemets evne til at dæmpe indgangssignalet.
Fra dæmpningsfaktoren opnås til gengæld filterkvalitetsfaktoren gennem følgende udtryk:
Afhængigt af designen af kredsløbsimpedanserne kan de andre ordre aktive filtre være: lavpasfiltre, højpasfiltre og båndpasfilter.
Applikationer
Aktive filtre bruges i elektriske netværk for at reducere forstyrrelser i netværket på grund af forbindelsen af ikke-lineære belastninger.
Disse forstyrrelser kan gennemsyres ved at kombinere aktive og passive filtre og forskellige indgangsimpedanser og RC-indstillinger i hele samlingen.
I elektriske elektriske netværk bruges aktive filtre til at reducere harmonien i strøm, der cirkulerer gennem netværket mellem det aktive filter og den elektriske kraftproduktionsnode.
På samme måde hjælper de aktive filtre med at afbalancere de returstrømme, der cirkulerer gennem neutralen, og de harmoniske forbindelser, der er forbundet med denne strømning og systemspændingen.
Derudover spiller aktive filtre en fremragende rolle i korrigering af effektfaktoren for sammenkoblede elektriske systemer.
Referencer
- Aktive filtre (sf). Nationalt eksperimentelt universitet i Táchira. Táchira-staten, Venezuela. Gendannes fra: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Aktive filtre: Introduktion og applikationer. Universitat Politècnica de Catalunya, Spanien. Gendannes fra: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Aktive filtre. National University of Rosario. Argentina. Gendannes fra: fceia.unr.edu.ar
- Gimenez, M (sf). Kredsløbsteori II. Simon Bolivar University. Miranda-staten, Venezuela. Gendannes fra: labc.usb.ve
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Aktivt filter. Gendannet fra: es.wikipedia.org
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronisk filter. Gendannet fra: es.wikipedia.org