АКТИВНІ ФІЛЬТРИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЕРШОГО ТА ДРУГОГО ПОРЯДКУ - ТЕХНОЛОГІЯ - 2025

Активні фільтри - це ті, що мають керовані джерела або активні елементи, наприклад, операційні підсилювачі, транзистори або вакуумні трубки. Через електронну схему фільтр дозволяє здійснювати моделювання передавальної функції, яка змінює вхідний сигнал і видає вихідний сигнал відповідно до конструкції.

Конфігурація електронного фільтра зазвичай вибіркова, а критерієм вибору є частота вхідного сигналу. Зважаючи на вищезазначене, залежно від типу ланцюга (послідовно чи паралельно) фільтр дозволить проходити певні сигнали та заблокує проходження решти.

Таким чином, вихідний сигнал буде характеризуватися уточненням відповідно до проектних параметрів схеми, що становить фільтр.

характеристики

- Активні фільтри - це аналогові фільтри, це означає, що вони змінюють аналоговий сигнал (вхід) як функцію частотних компонентів.

- Завдяки наявності активних компонентів (операційні підсилювачі, вакуумні трубки, транзистори тощо) цей тип фільтра збільшує секцію або весь вихідний сигнал, щодо вхідного сигналу.

Це пов’язано з посиленням потужності за допомогою використання операційних підсилювачів (OPAMS). Це полегшує отримання резонансу і високий коефіцієнт якості, без необхідності використання індукторів. Зі свого боку, фактор якості, також відомий як коефіцієнт Q, є показником гостроти та ефективності резонансу.

- Активні фільтри можуть комбінувати активні та пасивні компоненти. Останні - це основні компоненти схем: резистори, конденсатори та індуктори.

- Активні фільтри дозволяють каскадні з'єднання, налаштовані на посилення сигналів і дозволяють інтегрувати між двома або більше ланцюгами, якщо необхідно.

- У випадку, якщо ланцюг має діючі підсилювачі, вихідна напруга ланцюга обмежена напругою насичення цих елементів.

- Залежно від типу ланцюга та показників активних та пасивних елементів, активний фільтр може бути сконструйований таким чином, щоб забезпечити високий вхідний опір і малий вихідний опір.

- Виробництво активних фільтрів економічно порівняно з іншими типами збірок.

- Для роботи активних фільтрів потрібен блок живлення, бажано симетричний.

Фільтри першого замовлення

Фільтри першого порядку використовуються для ослаблення сигналів, які вище або нижче ступеня відхилення, у кратних 6-ти децибелах щоразу, коли частота подвоюється. Цей тип налаштування зазвичай представлений наступною функцією передачі:

Розбиваючи чисельник і знаменник виразу, ми маємо:

- N (jω) - многочлен ступеня ≤ 1

- t - обернена кутова частота фільтра

- W _c - кутова частота фільтра, і задається наступним рівнянням:

У цьому виразі f _c - частота відсічення фільтра.

Частота відсічення - це гранична частота фільтра, для якої індукується ослаблення сигналу. Залежно від конфігурації фільтра (смуги низьких частот, високий прохід, смуга пропускання або усунення смуг) ефект дизайну фільтра подається саме від частоти відсічення.

У конкретних випадках фільтрів першого порядку це можуть бути лише низькочастотні або високочастотні.

Фільтри низького проходу

Цей тип фільтра дозволяє пропускати нижні частоти і послаблює або пригнічує частоти вище частоти відсічення.

Функція передачі для фільтрів низьких частот така:

Амплітудна та фазова характеристика цієї функції передачі:

Активний низькочастотний фільтр може виконувати проектну функцію, використовуючи вхідні та заземлюючі резистори, разом з оптичними підсилювачами та паралельними конденсаторними та резисторними конфігураціями. Нижче наводиться приклад активної ланцюга інверторів низької частоти:

Параметри функції передачі для цієї схеми:

Високочастотні фільтри

Зі свого боку, високочастотні фільтри мають протилежний ефект, порівняно з фільтрами низького проходу. Іншими словами, цей тип фільтра послаблює низькі частоти і дозволяє пропускати високі частоти.

Навіть, залежно від конфігурації схеми, активні високочастотні фільтри можуть підсилювати сигнали, якщо у них є спеціально встановлені для цього операційні підсилювачі. Функція передачі активного високочастотного фільтра першого порядку полягає в наступному:

Амплітудна та фазова характеристика системи:

Активний фільтр високих частот використовує резистори та конденсатори послідовно на вході ланцюга, а також резистор на шляху розряду до землі, щоб служити опором зворотного зв'язку. Ось приклад активної ланцюга інверторів високої прохідності:

Параметри функції передачі для цієї схеми:

Фільтри другого порядку

Фільтри другого порядку зазвичай отримують шляхом послідовного з'єднання фільтрів першого порядку, щоб отримати більш складну збірку, яка дозволяє вибірково настроювати частоти.

Загальним виразом для функції передачі фільтра другого порядку є:

Розбиваючи чисельник і знаменник виразу, ми маємо:

- N (jω) - поліном ступеня ≤ 2.

- W _o - кутова частота фільтра, і задається наступним рівнянням:

У цьому рівнянні f _o - характерна частота фільтра. У разі наявності ланцюга RLC (послідовний опір, індуктор та конденсатор) характерна частота фільтра відповідає резонансній частоті фільтра.

У свою чергу, резонансна частота - це частота, з якою система досягає свого максимального ступеня коливань.

- ζ коефіцієнт демпфування. Цей фактор визначає здатність системи гасити вхідний сигнал.

У свою чергу, із коефіцієнта демпфування коефіцієнт якості фільтра отримують за допомогою наступного виразу:

Залежно від конструкції опорів ланцюга активними фільтрами другого порядку можуть бути: фільтри низького проходу, високочастотні фільтри та смугові фільтри.

Програми

Активні фільтри використовуються в електричних мережах з метою зменшення порушень в мережі через зв’язок нелінійних навантажень.

Ці порушення можуть бути пронизані, поєднуючи активні та пасивні фільтри, змінюючи вхідні опори та настройки RC протягом усієї збірки.

У електричних мережах живлення активні фільтри використовуються для зменшення гармонік струму, які циркулюють по мережі між активним фільтром та вузлом генерації електроенергії.

Так само активні фільтри допомагають врівноважувати зворотні струми, які циркулюють через нейтраль, і гармоніки, пов'язані з цим потоком струму та напругою системи.

Крім того, активні фільтри відіграють відмінну роль у корекції коефіцієнта потужності взаємопов'язаних електричних систем.

Список літератури

1. Активні фільтри (sf). Національний експериментальний університет Тачіра. Держава Тачіра, Венесуела. Відновлено з: unet.edu.ve
2. Ламіч, М. (2001). Активні фільтри: Вступ та програми. Universitat Politècnica de Catalunya, Іспанія. Відновлено з: krit.upc.edu
3. Міяра, Ф. (2004). Активні фільтри. Національний університет Росаріо. Аргентина. Відновлено з: fceia.unr.edu.ar
4. Гіменез, М (сф). Теорія ланцюга II. Університет Саймона Болівара. Міранда, Венесуела. Відновлено з: labc.usb.ve
5. Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2017). Активний фільтр. Відновлено з: es.wikipedia.org
6. Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2017). Електронний фільтр. Відновлено з: es.wikipedia.org