Aktif Filtrelerin Özellikleri, Birinci ve İkinci Mertebeden Uygulamaları

aktif filtreler örneğin işlemsel kuvvetlendiriciler, transistörler veya vakum tüpleri gibi kontrollü kaynaklara veya aktif elementlere sahip olanlardır. Bir elektronik devre vasıtasıyla, bir filtre, giriş sinyalini değiştiren ve tasarıma göre bir çıkış sinyali veren bir transfer fonksiyonunun modellenmesine uymaya izin verir.

Bir elektronik filtrenin konfigürasyonu genellikle seçicidir ve seçim kriteri, giriş sinyalinin frekansıdır. Yukarıdakilerden dolayı, devrenin tipine bağlı olarak (seri veya paralel olarak), filtre belirli sinyallerin geçişine izin verir ve gerisinin geçişini engeller.

Bu şekilde çıkış sinyali, filtreyi oluşturan devrenin tasarım parametrelerine göre saflaştırılarak karakterize edilir..

indeks

• 1 özellikleri
• 2 birinci dereceden filtreler
  • 2.1 Düşük geçişli filtreler
  • 2.2 Filtreler yüksek geçiyor
• 3 İkinci dereceden filtreler
• 4 uygulama
• 5 Kaynakça

özellikleri

- Aktif filtreler analog filtrelerdir, yani frekans bileşenlerine bağlı olarak bir analog sinyali (giriş) değiştirdikleri anlamına gelir..

- Aktif bileşenlerin (işlemsel yükselteçler, vakum tüpleri, transistörler vb.) Varlığı sayesinde, bu tip filtreler giriş sinyaline göre bir bölümü veya tüm çıkış sinyalini arttırır..

Bunun nedeni, işlemsel yükselteçlerin (OPAMS) kullanılmasıyla enerjinin yükselmesidir. Yukarıdakiler, indüktör kullanmaya gerek kalmadan rezonans ve yüksek kalite faktörü elde edilmesini kolaylaştırır. Q faktörü olarak da bilinen kalite faktörü, rezonansın keskinliğinin ve verimliliğinin bir ölçüsüdür..

- Aktif filtreler aktif ve pasif bileşenleri birleştirebilir. Sonuncusu devrelerin temel bileşenleridir: dirençler, kapasitörler ve indüktörler.

- Aktif filtreler, kademeli bağlantılara izin verir, sinyalleri yükseltecek ve gerekirse iki veya daha fazla devre arasında entegrasyona izin verecek şekilde yapılandırılmıştır.

- Devre işlemsel kuvvetlendiricilere sahip olması durumunda, devrenin çıkış gerilimi bu elemanların doyma gerilimi ile sınırlıdır..

- Devre tipine ve aktif ve pasif elemanların nominal değerlerine bağlı olarak, aktif filtre yüksek giriş empedansı ve küçük bir çıkış empedansı sağlayacak şekilde tasarlanabilir..

- Aktif filtre üretimi diğer montaj tiplerine göre ekonomiktir.

- Çalıştırmak için aktif filtrelerin, tercihen simetrik bir güç kaynağı gerektirmesi.

Birinci dereceden filtreler

Birinci derece filtreler, reddetme derecesinin üstünde veya altında olan sinyalleri zayıflatmak için kullanılır, frekans her iki katına çıktığında 6 desibenin katlarında. Bu tür montajlar genellikle aşağıdaki transfer fonksiyonu ile temsil edilir:

İfadeyi ve ifadenin paydasını parçaladığınızda, şunları yapmanız gerekir:

- N (jω) derece a 1 bir polinom olduğunu

- t, filtrenin açısal frekansının tersidir

- W_c filtrenin açısal frekansıdır ve aşağıdaki denklem ile verilir:

Söylenen ifadede_c filtre kesme frekansı.

Eşik frekansı, sinyalin zayıflatılmasının indüklediği filtrenin sınır frekansıdır. Filtrenin konfigürasyonuna bağlı olarak (düşük geçiş, yüksek geçiş, bant geçişi veya bant eliminasyonu), filtre tasarımının etkisi kesin olarak kesme frekansından sunulur.

Özel birinci sınıf filtreler durumunda, bunlar yalnızca düşük geçiş veya yüksek geçiş olabilir.

Düşük geçişli filtreler

Bu tip filtreler daha düşük frekansların geçişine izin verir ve kesme frekansının üzerindeki frekansları zayıflatır veya bastırır.

Düşük geçişli filtreler için transfer fonksiyonu aşağıdaki gibidir:

Bu transfer fonksiyonunun genlik ve faz cevabı:

Aktif bir alçak geçiren filtre, giriş ve toprak deşarj dirençleri ile birlikte operasyonel yükselteçler ve direnç ve kapasitör konfigürasyonları paralel olarak kullanarak tasarım işlevini yerine getirebilir. Aşağıda bir invertör düşük geçişli aktif devre örneği bulunmaktadır:

Bu devre için transfer fonksiyonunun parametreleri:

Filtreler yüksek geçer

Öte yandan, yüksek geçişli filtreler, düşük geçişli filtrelere kıyasla zıt etkiye sahiptir. Yani, bu tür filtreler düşük frekansları azaltır ve yüksek frekansların geçmesine izin verir.

Devrenin konfigürasyonuna bağlı olarak bile, yüksek geçişli aktif filtreler, bu amaç için özel olarak düzenlenmiş işlemsel yükselteçlere sahipse, sinyalleri yükseltebilir. Birinci dereceden aktif bir yüksek geçirgen filtrenin transfer fonksiyonu aşağıdaki gibidir:

Sistemin genliği ve faz tepkisi:

Aktif bir yüksek geçirgen filtre, geri besleme empedansının işlevini yerine getirmek için devrenin girişinde seri halinde dirençler ve kapasitörler ve ayrıca topraklama deşarj yolundaki bir direnç kullanır. Aşağıda aktif yüksek geçirgen invertör devresinin bir örneği verilmiştir:

Bu devre için transfer fonksiyonunun parametreleri:

İkinci dereceden filtreler

İkinci derece filtreler, genellikle seçici frekans ayarına izin veren daha karmaşık bir kurulum elde etmek için seri olarak birinci dereceden filtre bağlantıları yapılarak elde edilir..

İkinci dereceden bir filtrenin transfer fonksiyonu için genel ifade:

İfadeyi ve ifadenin paydasını parçaladığınızda, şunları yapmanız gerekir:

- N (jω) ≤ 2 dereceli bir polinomdur.

- W_veya filtrenin açısal frekansıdır ve aşağıdaki denklem ile verilir:

Bu denklemde f_veya Filtrenin karakteristik frekansıdır. Bir RLC devresi olması durumunda (seri halinde direnç, indüktör ve kapasitör), filtrenin karakteristik frekansı filtrenin rezonans frekansı ile çakışır.

Sırayla, rezonans frekansı sistemin maksimum salınım derecesine ulaştığı frekanstır..

- ζ sönümleme faktörüdür. Bu faktör, sistemin giriş sinyalini azaltma kapasitesini tanımlar..

Buna karşılık, sönümleme faktöründen, filtre kalite faktörü aşağıdaki ifade ile elde edilir:

Devrenin empedanslarının tasarımına bağlı olarak, ikinci dereceden aktif filtreler: düşük geçiş filtreleri, yüksek geçiş filtreleri ve bant geçiş filtreleri olabilir..

uygulamaları

Aktif filtreler, doğrusal olmayan yüklerin bağlanması nedeniyle ağdaki bozuklukları azaltmak amacıyla elektrik şebekelerinde kullanılır..

Bu bozulmalara, aktif ve pasif filtrelerin kombinasyonu ve montaj boyunca giriş empedanslarının ve RC konfigürasyonlarının değişimi yoluyla izin verilebilir..

Elektrikli elektrik şebekelerinde, aktif filtre ile şebeke arasında akan akımın harmoniklerini azaltmak için aktif filtre ve enerji üretim düğümü kullanılır..

Aynı şekilde, aktif filtreler, nötr boyunca dolaşan geri dönüş akımlarını ve bu akım akışı ve sistemin voltajını ilişkilendiren harmonikleri dengelemeye yardımcı olur..

Ek olarak, aktif filtreler, birbirine bağlı elektrik sistemlerinin güç faktörünün düzeltilmesi bakımından mükemmel bir işlevi yerine getirir..

referanslar

1. Aktif filtreler (s.f.). Tachira Ulusal Deneysel Üniversitesi. State Táchira, Venezuela. Alınan: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Aktif Filtreler: Giriş ve Uygulamalar. Universitat Politècnica de Catalunya, İspanya. Şu kaynaktan alındı: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Aktif filtreler. Rosario Ulusal Üniversitesi. Arjantin. Alınan: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (s.f.). Devre teorisi II. Simón Bolívar Üniversitesi. Devlet Miranda, Venezuela. Alınan: labc.usb.ve
5. Wikipedia, Özgür Ansiklopedi (2017). Aktif filtre Alınan: en.wikipedia.org
6. Wikipedia, Özgür Ansiklopedi (2017). Elektronik filtre Alınan: en.wikipedia.org