Aktyvūs filtrai: charakteristikos, pirmasis ir antrasis užsakymai, programos

Aktyvūs filtrai yra tie, kurie turi kontroliuojamus šaltinius arba aktyvius elementus, pavyzdžiui, operacinius stiprintuvus, tranzistorius arba vakuuminius vamzdžius. Per elektroninę grandinę filtras leidžia laikytis perdavimo funkcijos modeliavimo, kuris keičia įvesties signalą ir suteikia išėjimo signalą pagal projektą.

Elektroninio filtro konfigūracija paprastai yra selektyvi ir pasirinkimo kriterijus yra įvesties signalo dažnis. Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, priklausomai nuo grandinės tipo (nuosekliai arba lygiagrečiai), filtras leis praeiti tam tikrus signalus ir blokuoti likusį.

Tokiu būdu išvesties signalas bus apibūdintas gryninant pagal konstrukcijos parametrus, kurie sudaro filtrą.

Savybės

- Aktyvūs filtrai yra analoginiai filtrai, o tai reiškia, kad jie keičia analoginį signalą (įvestį), priklausomai nuo dažnio komponentų.

- Dėl aktyvių komponentų (operacinių stiprintuvų, vakuuminių vamzdžių, tranzistorių ir kt.), Šio tipo filtrai padidina sekciją arba visą išėjimo signalą, atsižvelgiant į įvesties signalą.

Taip yra dėl to, kad energija stiprinama naudojant operacinius stiprintuvus (OPAMS). Pirmiau minėtas būdas padeda gauti rezonansą ir aukštą kokybės veiksnį, nenaudojant induktorių. Kita vertus, kokybės faktorius, taip pat žinomas kaip Q faktorius, yra rezonanso ryškumo ir efektyvumo matas.

- Aktyvūs filtrai gali sujungti aktyvius ir pasyvius komponentus. Pastarieji yra pagrindiniai grandinių komponentai: rezistoriai, kondensatoriai ir induktoriai.

- Aktyvūs filtrai leidžia prijungti kaskadą, yra sukonfigūruoti stiprinti signalus ir leisti integruoti dvi ar daugiau grandinių, jei reikia.

- Jei grandinė turi operacinius stiprintuvus, grandinės išėjimo įtampa yra apribota šių elementų prisotinimo įtampa.

- Priklausomai nuo grandinės tipo ir aktyviųjų bei pasyviųjų elementų vardinės vertės, aktyvusis filtras gali būti suprojektuotas taip, kad būtų užtikrinta didelė įėjimo varža ir maža išėjimo varža.

- Aktyvių filtrų gamyba yra ekonomiška, palyginti su kitų tipų mazgais.

- Kad veiktų, aktyvūs filtrai reikalauja maitinimo šaltinio, pageidautina simetriškai.

Pirmosios eilės filtrai

Pirmosios eilės filtrai naudojami norint sumažinti signalus, kurie yra virš arba žemiau atmetimo laipsnio, kartojant 6 decibelus kiekvieną kartą, kai dažnis padvigubinamas. Šio tipo sąrankų tipą paprastai sudaro tokia perkėlimo funkcija:

Suskirstę skaitiklį ir išraiškos vardiklį, turite:

- N (jω) yra laipsnio ≤ 1 polinomas

- t yra filtro kampinio dažnio inversija

- W _c yra filtro kampinis dažnis, ir jis pateikiamas pagal šią lygtį:

Minėtoje išraiška f _c yra filtro išjungimo dažnis.

Išjungimo dažnis yra tai, kad filtro, kuriam sukelia signalo slopinimas, ribinis dažnis. Priklausomai nuo filtro konfigūracijos (žemo dažnio, aukšto pralaidumo, juostos praėjimo arba juostos pašalinimo), filtro konstrukcijos poveikis pateikiamas tiksliai iš ribinio dažnio.

Konkrečiu atveju, kai filtrai yra pirmos eilės, jie gali būti tik žemo ar aukšto pralaidumo.

Žemo dažnio filtrai

Šio tipo filtrai leidžia perkelti žemesnius dažnius ir susilpnina arba slopina dažnius, viršijančius ribinį dažnį.

Žemųjų dažnių filtrų perdavimo funkcija yra tokia:

Šios perdavimo funkcijos amplitudės ir fazės atsakas yra:

Aktyvus žemo dažnio filtras gali atlikti projektavimo funkciją naudodamas įėjimo ir įžeminimo rezistorius, kartu su operaciniais stiprintuvais ir rezistorių bei kondensatorių konfigūracijomis lygiagrečiai. Žemiau pateiktas inverterio žemo dažnio aktyviosios grandinės pavyzdys:

Šios grandinės perdavimo funkcijos parametrai yra:

Filtrai pereina aukštai

Kita vertus, aukšto dažnio filtrai turi priešingą poveikį, palyginti su žemo dažnio filtrais. Tai reiškia, kad šio tipo filtrai silpnina žemus dažnius ir leidžia perduoti aukštus dažnius.

Netgi, priklausomai nuo grandinės konfigūracijos, aukšto dažnio aktyvūs filtrai gali sustiprinti signalus, jei jie turi specialiai tam tikslui įrengtus stiprintuvus. Aktyvaus pirmojo užsakymo aukšto leidimo filtro perdavimo funkcija yra tokia:

Sistemos amplitudės ir fazės atsakas yra:

Aktyvus aukšto leidimo filtras naudoja rezistorius ir kondensatorius, esančius sekoje, o taip pat rezistorių išleidimo į žemę keliu, kad įvykdytų grįžtamojo impedanso funkciją. Žemiau pateikiamas aktyvaus aukšto dažnio keitiklio grandinės pavyzdys:

Šios grandinės perdavimo funkcijos parametrai yra:

Antrosios eilės filtrai

Antrosios eilės filtrai paprastai gaunami atliekant pirmosios eilės filtrų jungtis nuosekliai, kad būtų gautas sudėtingesnis nustatymas, leidžiantis selektyviai reguliuoti dažnių derinimą.

Bendra antrosios eilės filtro perkėlimo funkcijos išraiška yra:

Suskirstę skaitiklį ir išraiškos vardiklį, turite:

- N (jω) yra laipsnio ≤ 2 polinomas.

- W _o yra filtro kampinis dažnis, ir jis pateikiamas pagal šią lygtį:

Šioje lygtyje f _o yra būdingas filtro dažnis. Jei yra RLC grandinė (pasipriešinimas, induktorius ir kondensatorius eilėje), tipinis filtro dažnis sutampa su filtro rezonansiniu dažniu.

Savo ruožtu, rezonansinis dažnis yra dažnis, kuriuo sistema pasiekia didžiausią virpesių laipsnį.

- ζ yra slopinimo koeficientas. Šis veiksnys apibrėžia sistemos gebėjimą slopinti įvesties signalą.

Savo ruožtu, nuo slopinimo koeficiento filtro kokybės koeficientas gaunamas pagal šią formulę:

Priklausomai nuo grandinės impedansų konstrukcijos, antrojo laipsnio aktyvūs filtrai gali būti: žemo dažnio filtrai, aukšto dažnio filtrai ir juostų perdavimo filtrai.

Programos

Aktyvūs filtrai naudojami elektros tinkluose, siekiant sumažinti tinklo sutrikimus dėl netiesinių apkrovų prijungimo.

Šiuos trikdžius galima įveikti aktyvių ir pasyvių filtrų deriniu, įvesties impedancijų ir RC konfigūracijų variacija visame surinkime.

Elektros energijos tinkluose aktyvūs filtrai naudojami mažinti esamą harmoniką, kuri cirkuliuoja per tinklą tarp aktyvaus filtro ir elektros energijos gamybos mazgo.

Taip pat aktyvūs filtrai padeda subalansuoti grįžtamąsias sroves, kurios cirkuliuoja per neutralią srovę, ir harmoniką, susijusią su šiuo srovės srautu ir sistemos įtampa.

Be to, aktyvūs filtrai atlieka puikią funkciją, susijusią su sujungtų elektros sistemų galios koeficiento koregavimu.