Aktivní filtrační charakteristiky, první a druhý řád, aplikace



aktivní filtry jsou ty, které mají řízené zdroje nebo aktivní prvky, jako jsou například operační zesilovače, tranzistory nebo vakuové trubice. Filtr umožňuje prostřednictvím elektronického obvodu splnit modelování přenosové funkce, která mění vstupní signál a vydává výstupní signál podle návrhu..

Konfigurace elektronického filtru je obvykle selektivní a kritériem výběru je frekvence vstupního signálu. Vzhledem k výše uvedenému, v závislosti na typu obvodu (v sérii nebo paralelně) filtr umožní průchod určitých signálů a zablokuje průchod zbytku.

Tímto způsobem bude výstupní signál charakterizován tím, že je čištěn podle konstrukčních parametrů obvodu, který tvoří filtr.

Index

  • 1 Charakteristika
  • 2 Filtry prvního řádu
    • 2.1 Nízkoprůchodové filtry
    • 2.2 Filtry jsou vysoké
  • 3 Filtry druhého řádu
  • 4 Aplikace
  • 5 Odkazy

Vlastnosti

- Aktivní filtry jsou analogové filtry, což znamená, že mění analogový signál (vstup) v závislosti na frekvenčních složkách.

- Díky přítomnosti aktivních prvků (operační zesilovače, vakuové trubice, tranzistory atd.) Tento typ filtrů zvětšuje průřez nebo celý výstupní signál s ohledem na vstupní signál.

To je způsobeno zesílením energie pomocí operačních zesilovačů (OPAMS). Výše uvedené umožňuje dosažení rezonance a vysoké kvality, bez nutnosti použití induktorů. Faktor kvality - také známý jako Q-faktor - je měřítkem ostrosti a účinnosti rezonance.

- Aktivní filtry mohou kombinovat aktivní a pasivní komponenty. Ty jsou základní součásti obvodů: odpory, kondenzátory a induktory.

- Aktivní filtry umožňují kaskádové připojení, jsou konfigurovány pro zesílení signálů a v případě potřeby umožňují integraci mezi dvěma nebo více obvody.

- V případě, že má obvod operační zesilovače, je výstupní napětí obvodu omezeno saturačním napětím těchto prvků.

- V závislosti na typu obvodu a jmenovitých hodnot aktivních a pasivních prvků může být aktivní filtr navržen tak, aby poskytoval vysokou vstupní impedanci a malou výstupní impedanci..

- Výroba aktivních filtrů je úsporná ve srovnání s jinými typy sestav.

- Pro provoz musí aktivní filtry vyžadovat napájení, s výhodou symetrické.

Filtry prvního řádu

Filtry prvního řádu se používají k zeslabení signálů, které jsou nad nebo pod stupněm odmítnutí, v násobcích 6 decibelů pokaždé, když se frekvence zdvojnásobí. Tento typ sestav je obvykle reprezentován následující přenosovou funkcí:

Když rozdělujete čitatele a jmenovatele výrazu, musíte:

- N (jω) je polynom stupně ≤ 1

- t je inverzní úhlová frekvence filtru

- Wc je úhlová frekvence filtru a je dána následující rovnicí: \ t

V uvedeném výrazuc je mezní frekvence filtru.

Mezní frekvence je mezní frekvence filtru, pro kterou je indukován útlum signálu. V závislosti na konfiguraci filtru (nízkoprůchodové, vysokonapěťové, pásmové nebo pásmové eliminaci) je efekt filtru prezentován přesně z mezní frekvence.

V konkrétním případě filtrů prvního řádu mohou být pouze filtry s nízkým průchodem nebo s vysokým průchodem.

Nízkoprůchodové filtry

Tento typ filtrů umožňuje průchod nižších frekvencí a snižuje nebo potlačuje frekvence nad mezní frekvencí.

Přenosová funkce pro filtry s dolním průchodem je následující:

Amplitudová a fázová odezva této přenosové funkce je:

Aktivní nízkoprůchodový filtr může plnit konstrukční funkci pomocí odporů vstupních a zemních výbojů, paralelně s operačními zesilovači a konfiguracemi odporů a kondenzátorů. Níže je uveden příklad aktivního obvodu s nízkým průchodem měniče:

Parametry přenosové funkce pro tento okruh jsou:

Filtry procházejí vysoko

Na druhé straně mají filtry s vysokým průchodem opačný účinek než filtry s nízkým průchodem. To znamená, že tento typ filtrů zeslabuje nízké frekvence a umožňuje průchod vysokých frekvencí.

I v závislosti na konfiguraci obvodu mohou aktivní filtry s vysokým průchodem zesilovat signály, pokud mají operační zesilovače speciálně upravené pro tento účel. Přenosová funkce aktivního vysokoprůchodového filtru prvního řádu je následující:

Amplitudová a fázová odezva systému je:

Aktivní vysokoprůchodový filtr používá rezistory a kondenzátory v sérii na vstupu obvodu, stejně jako odpor v dráze vybíjení k zemi, aby splnil funkci zpětnovazební impedance. Níže je uveden příklad aktivního vysokofrekvenčního měniče:

Parametry přenosové funkce pro tento okruh jsou:

Filtry druhého řádu

Filtry druhého řádu jsou obvykle získány tím, že se vytvoří sériová spojení filtrů prvního řádu, čímž se získá složitější nastavení, které umožňuje selektivní ladění frekvencí.

Obecným výrazem pro funkci přenosu filtru druhého řádu je:

Když rozdělujete čitatele a jmenovatele výrazu, musíte:

- N (jω) je polynom stupně ≤ 2.

- Wo je úhlová frekvence filtru a je dána následující rovnicí: \ t

V této rovnici fo je charakteristická frekvence filtru. V případě, že je RLC obvod (odpor, induktor a kondenzátor v sérii), charakteristická frekvence filtru se shoduje s rezonanční frekvencí filtru.

Rezonanční frekvence je frekvence, při které systém dosahuje svého maximálního stupně kmitání.

- ζ je tlumící faktor. Tento faktor definuje kapacitu systému tlumit vstupní signál.

Z tlumícího faktoru se pak získává faktor kvality filtru pomocí následujícího výrazu:

V závislosti na konstrukci impedancí obvodu mohou být aktivní filtry druhého řádu: filtry s nízkým průchodem, filtry s vysokým průchodem a filtry s pásmovým průchodem..

Aplikace

Aktivní filtry se používají v elektrických sítích, aby se snížily rušení v síti v důsledku spojení nelineárních zátěží.

Tyto poruchy mohou být pronikány kombinací aktivních a pasivních filtrů a změnou vstupních impedancí a konfigurací RC v celé sestavě..

V silových elektrických sítích se aktivní filtry používají ke snížení harmonických proudů proudících sítí mezi aktivním filtrem a uzlem výroby elektřiny..

Aktivní filtry rovněž pomáhají vyrovnávat vratné proudy, které cirkulují přes neutrální, a harmonické spojené s tímto proudovým tokem a napětím systému.

Aktivní filtry navíc plní vynikající funkci s ohledem na korekci účiníku vzájemně propojených elektrických systémů.

Odkazy

  1. Aktivní filtry (s.f.). Národní experimentální univerzita Tachira. Stát Táchira, Venezuela. Zdroj: unet.edu.ve
  2. Lamich, M. (2001). Aktivní filtry: Úvod a aplikace. Universitat Politècnica de Catalunya, Španělsko. Citováno z: crit.upc.edu
  3. Miyara, F. (2004). Aktivní filtry. Národní univerzita Rosario. Argentina Zdroj: fceia.unr.edu.ar
  4. Gimenez, M (s.f.). Teorie obvodů II. Univerzita Simóna Bolívara. Stát Miranda, Venezuela. Zdroj: labc.usb.ve
  5. Wikipedie, otevřená encyklopedie (2017). Aktivní filtr Zdroj: en.wikipedia.org
  6. Wikipedie, otevřená encyklopedie (2017). Elektronický filtr Zdroj: en.wikipedia.org