- vlastnosti
- Filtre prvého poriadku
- Dolnopriepustné filtre
- Hornopriepustné filtre
- Filtre druhého poriadku
- aplikácia
- Referencie
Aktívne filtre sú tie, ktoré majú kontrolované zdroje alebo aktívne prvky, ako sú operačné zosilňovače, tranzistory alebo vákuové trubice. Pomocou elektronického obvodu umožňuje filter modelovanie prenosovej funkcie, ktorá mení vstupný signál a dáva výstupný signál podľa návrhu.
Konfigurácia elektronického filtra je zvyčajne selektívna a výberovým kritériom je frekvencia vstupného signálu. Vzhľadom na vyššie uvedené, filter v závislosti od typu obvodu (v sérii alebo paralelne) umožní priechod určitých signálov a zablokuje priechod ostatných.
Týmto spôsobom bude výstupný signál charakterizovaný rafináciou podľa konštrukčných parametrov obvodu, ktorý tvorí filter.
vlastnosti
- Aktívne filtre sú analógové filtre, čo znamená, že modifikujú analógový signál (vstup) v závislosti od frekvenčných komponentov.
- Vďaka prítomnosti aktívnych komponentov (operačné zosilňovače, vákuové trubice, tranzistory atď.) Tento typ filtra zvyšuje časť alebo celý výstupný signál vzhľadom na vstupný signál.
Je to kvôli zosilneniu výkonu pomocou operačných zosilňovačov (OPAMS). To uľahčuje získanie rezonancie a kvalitný faktor bez potreby použitia induktorov. Faktor kvality - tiež známy ako faktor Q - je mierou ostrosti a účinnosti rezonancie.
- Aktívne filtre môžu kombinovať aktívne a pasívne komponenty. Tieto sú základné komponenty obvodov: odpory, kondenzátory a induktory.
- Aktívne filtre umožňujú kaskádové pripojenie, sú nakonfigurované na zosilňovanie signálov av prípade potreby umožňujú integráciu medzi dvoma alebo viacerými obvodmi.
- V prípade, že obvod má operačné zosilňovače, je výstupné napätie obvodu obmedzené saturačným napätím týchto prvkov.
- Aktívny filter môže byť navrhnutý tak, aby poskytoval vysokú vstupnú impedanciu a malú výstupnú impedanciu, v závislosti od typu obvodu a menovitých hodnôt aktívnych a pasívnych prvkov.
- Výroba aktívnych filtrov je hospodárna v porovnaní s inými typmi zostáv.
- Na fungovanie vyžadujú aktívne filtre napájanie, pokiaľ možno symetrické.
Filtre prvého poriadku
Filtre prvého poriadku sa používajú na zoslabenie signálov, ktoré sú nad alebo pod stupňom odmietnutia, v násobkoch 6 decibelov zakaždým, keď sa frekvencia zdvojnásobí. Tento typ nastavenia zvyčajne predstavuje nasledujúca funkcia prenosu:
Pri rozdelení čitateľa a menovateľa výrazu máme:
- N (jω) je polynóm stupňa ≤ 1
- t je inverzia uhlovej frekvencie filtra
- W c je uhlová frekvencia filtra, a je daný nasledovným vzorcom:
V tomto výraze f c je limitná kmitočet filtra.
Hranica kmitočtu je limitná frekvencia filtra, pre ktorú je indukovaný útlm signálu. V závislosti od konfigurácie filtra (dolná priepustnosť, horná priepustnosť, priepustnosť pásma alebo eliminácia pásiem) je účinok konštrukcie filtra prezentovaný presne z medznej frekvencie.
V konkrétnom prípade filtrov prvého poriadku môžu ísť len o dolnú alebo hornú priepustku.
Dolnopriepustné filtre
Tento typ filtra umožňuje prechod nižších frekvencií a tlmí alebo potláča frekvencie nad medznou frekvenciou.
Funkcia prenosu pre dolnopriepustné filtre je nasledovná:
Amplitúda a fázová odozva tejto prenosovej funkcie je:
Aktívny dolnopriepustný filter môže plniť konštrukčnú funkciu pomocou vstupných a uzemňovacích odporov, spolu s konfiguráciami op-ampérov a paralelných kondenzátorov a rezistorov. Nižšie je uvedený príklad aktívneho dolnopriepustného obvodu meniča:
Parametre prenosovej funkcie pre tento obvod sú:
Hornopriepustné filtre
Filtre s vysokou priepustnosťou majú naopak opačný účinok v porovnaní s filtrami s nízkou priepustnosťou. Inými slovami, tento typ filtra zoslabuje nízke frekvencie a nechá prejsť vysoké frekvencie.
Aj v závislosti od konfigurácie obvodu môžu aktívne hornopriepustné filtre zosilňovať signály, ak majú operačné zosilňovače špeciálne upravené na tento účel. Funkcia prenosu aktívneho hornopriepustného filtra prvého poriadku je nasledovná:
Amplitúda a fázová odozva systému sú:
Aktívny hornopriepustný filter využíva odpory a kondenzátory v sérii na vstupe do obvodu, ako aj odpor vo výbojovej ceste k zemi, ktorý slúži ako impedancia spätnej väzby. Tu je príklad aktívneho hornopriepustného obvodu meniča:
Parametre prenosovej funkcie pre tento obvod sú:
Filtre druhého poriadku
Filtre druhého poriadku sa zvyčajne získavajú vytvorením prepojení filtra prvého poriadku v sérii, aby sa získala zložitejšia zostava, ktorá umožňuje selektívne ladenie frekvencií.
Všeobecný výraz pre funkciu prenosu filtra druhého poriadku je:
Pri rozdelení čitateľa a menovateľa výrazu máme:
- N (jω) je polynóm stupňa ≤ 2.
- W o je uhlová frekvencia filtra a je daná touto rovnicou:
V tejto rovnici f o je charakteristická frekvencia filtra. V prípade obvodu RLC (odpor, induktor a kondenzátor v sérii) sa charakteristická frekvencia filtra zhoduje s rezonančnou frekvenciou filtra.
Rezonančná frekvencia je zase frekvencia, pri ktorej systém dosiahne maximálny stupeň kmitania.
- ζ je faktor tlmenia. Tento faktor definuje schopnosť systému tlmiť vstupný signál.
Z faktora tlmenia sa potom faktor kvality filtra získa pomocou nasledujúceho výrazu:
V závislosti od konštrukcie impedancií obvodu môžu byť aktívne filtre druhého poriadku: dolnopriepustné filtre, hornopriepustné filtre a pásmové priepustné filtre.
aplikácia
Aktívne filtre sa používajú v elektrických sieťach, aby sa znížili poruchy v sieti v dôsledku pripojenia nelineárnych záťaží.
Tieto poruchy môžu byť prekonané kombináciou aktívnych a pasívnych filtrov a meniacimi sa vstupnými impedanciami a RC nastaveniami v celej zostave.
V výkonových elektrických sieťach sa aktívne filtre používajú na zníženie harmonických prúdov, ktoré cirkulujú sieťou medzi aktívnym filtrom a uzlom na výrobu elektrickej energie.
Podobne aktívne filtre pomáhajú vyvážiť spätné prúdy, ktoré cirkulujú cez neutrál, a harmonické hodnoty spojené s týmto prúdovým tokom a napätím systému.
Aktívne filtre okrem toho zohrávajú vynikajúcu úlohu pri korekcii účinníka vzájomne prepojených elektrických systémov.
Referencie
- Aktívne filtre (sf). Národná experimentálna univerzita v Táchire. Štát Táchira, Venezuela. Obnovené z: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Aktívne filtre: Úvod a aplikácie. Universitat Politècnica de Catalunya, Španielsko. Získané z: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Aktívne filtre. Národná univerzita v Rosario. Argentína. Získané z: fceia.unr.edu.ar
- Gimenez, M (sf). Teória obvodov II. Univerzita Simona Bolivara. Štát Miranda, Venezuela. Získané z: labc.usb.ve
- Wikipedia, bezplatná encyklopédia (2017). Aktívny filter. Obnovené z: es.wikipedia.org
- Wikipedia, bezplatná encyklopédia (2017). Elektronický filter. Obnovené z: es.wikipedia.org