Aktivní filtry jsou ty, které mají řízené zdroje nebo aktivní prvky, jako jsou operační zesilovače, tranzistory nebo vakuové trubice. Prostřednictvím elektronického obvodu umožňuje filtr modelování přenosové funkce, která mění vstupní signál a dává 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 zpřesněním podle konstrukčních parametrů obvodu, který tvoří filtr.
vlastnosti
- Aktivní filtry jsou analogové filtry, což znamená, že upravují analogový signál (vstup) v závislosti na frekvenčních složkách.
- Díky přítomnosti aktivních složek (operační zesilovače, vakuové trubice, tranzistory atd.) Tento typ filtru zvyšuje část nebo celý výstupní signál vzhledem k vstupnímu signálu.
Je to kvůli zesílení výkonu pomocí operačních zesilovačů (OPAMS). To usnadňuje získávání rezonance a faktor vysoké kvality, aniž by bylo nutné používat induktory. Faktor kvality - známý také jako faktor Q - je měřítkem ostrosti a účinnosti rezonance.
- Aktivní filtry mohou kombinovat aktivní a pasivní komponenty. Posledně jmenované jsou základní součásti obvodů: odpory, kondenzátory a induktory.
- Aktivní filtry umožňují kaskádová připojení, jsou konfigurovány pro zesílení signálů a umožňují integraci mezi dvěma nebo více obvody, pokud je to nutné.
- V případě, že obvod má 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 ve srovnání s jinými typy sestav hospodárná.
- Pro provoz vyžadují aktivní filtry napájení, pokud možno symetrické.
Filtry prvního řádu
Filtry prvního řádu se používají k tlumení signálů, které jsou nad nebo pod úrovní odmítnutí, v násobcích 6 decibelů pokaždé, když je frekvence zdvojnásobena. Tento typ nastavení je obvykle reprezentován následující funkcí přenosu:
Při rozkladu čitatele a jmenovatele výrazu máme:
- N (jω) je polynom stupně ≤ 1
- t je inverzní hodnota úhlové frekvence filtru
- W c je úhlová frekvence filtru, a je dán následující rovnicí:
V tomto výrazu f c je mezní frekvence filtru.
Mezní frekvence je mezní frekvence filtru, pro který je indukován útlum signálu. V závislosti na konfiguraci filtru (dolní propust, horní propust, pásmová propustnost nebo eliminace pásem) je efekt konstrukce filtru prezentován přesně z mezní frekvence.
V konkrétním případě filtrů prvního řádu to může být pouze dolní propust nebo horní propust.
Dolní filtry
Tento typ filtru umožňuje průchod nižších frekvencí a tlumí nebo potlačuje frekvence nad mezní frekvencí.
Funkce přenosu pro dolní propust je následující:
Amplituda a fázová odezva této přenosové funkce je:
Aktivní dolnoprůchodový filtr může plnit konstrukční funkci pomocí vstupních a uzemňovacích rezistorů, spolu s operačními zesilovači a konfiguracemi paralelního kondenzátoru a rezistoru. Níže je uveden příklad aktivního nízkofrekvenčního obvodu měniče:
Parametry přenosové funkce pro tento obvod jsou:
Horní propust
Filtry s vysokou propustností mají naopak opačný účinek ve srovnání s filtry s dolní propustí. Jinými slovy, tento typ filtru utlumuje nízké frekvence a nechá projít vysoké frekvence.
I v závislosti na konfiguraci obvodu mohou aktivní horní propustné filtry zesílit signály, pokud mají operační zesilovače speciálně upravené pro tento účel. Funkce přenosu aktivního horního filtru prvního řádu je následující:
Amplitudová a fázová odezva systému je:
Aktivní horní propust používá rezistory a kondenzátory v sérii na vstupu obvodu, stejně jako rezistor ve výbojové cestě k zemi, aby sloužil jako zpětnovazební impedance. Zde je příklad aktivního vysokofrekvenčního obvodu měniče:
Parametry přenosové funkce pro tento obvod jsou:
Filtry druhého řádu
Filtry druhého řádu se obvykle získávají spojením filtrů prvního řádu v sérii, aby se získala složitější sestava, která umožňuje selektivní ladění kmitočtů.
Obecný výraz pro přenosovou funkci filtru druhého řádu je:
Při rozkladu čitatele a jmenovatele výrazu máme:
- N (jω) je polynom stupně ≤ 2.
- W o je úhlová frekvence filtru a je dána následující rovnicí:
V této rovnici f o je charakteristická frekvence filtru. V případě, že má obvod RLC (odpor, induktor a kondenzátor v sérii), charakteristická frekvence filtru odpovídá rezonanční frekvenci filtru.
Rezonanční frekvence je zase frekvence, při které systém dosáhne maximálního stupně oscilace.
- ζ je faktor tlumení. Tento faktor definuje schopnost systému tlumit vstupní signál.
Z faktoru tlumení se potom faktor kvality filtru získá pomocí následujícího výrazu:
V závislosti na konstrukci impedancí obvodu mohou být aktivní filtry druhého řádu: filtry dolní propusti, horní propusti a pásmové filtry.
Aplikace
Aktivní filtry se používají v elektrických sítích, aby se snížilo rušení v síti v důsledku připojení nelineárních zátěží.
Tyto poruchy mohou být prostupeny kombinací aktivních a pasivních filtrů a proměnných vstupních impedancí a nastavení RC v celé sestavě.
V výkonových elektrických sítích se aktivní filtry používají ke snížení harmonických proudů, které cirkulují sítí mezi aktivním filtrem a uzlem výroby elektrické energie.
Podobně aktivní filtry pomáhají vyvažovat zpětné proudy, které cirkulují přes nulový vodič, a harmonické složky spojené s tímto proudem a napětím systému.
Kromě toho aktivní filtry hrají vynikající roli při korekci účiníku vzájemně propojených elektrických systémů.
Reference
- Aktivní filtry (sf). Národní experimentální univerzita v Táchire. Stát Táchira, Venezuela. Obnoveno z: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Aktivní filtry: Úvod a aplikace. Universitat Politècnica de Catalunya, Španělsko. Obnoveno z: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Aktivní filtry. Národní univerzita v Rosariu. Argentina. Obnoveno z: fceia.unr.edu.ar
- Gimenez, M (sf). Teorie obvodů II. Univerzita Simona Bolivara. Stát Miranda, Venezuela. Obnoveno z: labc.usb.ve
- Wikipedia, The Encyclopedia (2017). Aktivní filtr. Obnoveno z: es.wikipedia.org
- Wikipedia, The Encyclopedia (2017). Elektronický filtr. Obnoveno z: es.wikipedia.org