Aktif filtre - Active filter

Aktif güç filtresi ile karıştırılmamalıdır .
Sallen – Key topolojisinin yüksek geçişli aktif filtresine bir örnek . İşlemsel amplifikatör, bir tampon amplifikatör olarak kullanılır.

Bir aktif filtre türüdür analog devre bir uygulama elektronik filtre kullanılarak aktif bileşenleri , tipik olarak, bir amplifikatör . Bir filtre tasarımına dahil edilen amplifikatörler, bir filtrenin maliyetini, performansını ve öngörülebilirliğini iyileştirmek için kullanılabilir.

Bir amplifikatör, bir sonraki aşamanın yük empedansının filtrenin özelliklerini etkilemesini önler. Aktif bir filtre, hacimli veya pahalı bir indüktör kullanmadan karmaşık kutuplara ve sıfırlara sahip olabilir. Yanıtın şekli, Q ( kalite faktörü ) ve ayarlanmış frekans genellikle ucuz değişken dirençlerle ayarlanabilir. Bazı aktif filtre devrelerinde, bir parametre diğerlerini etkilemeden ayarlanabilir.

Türler

1974 KROHN-HITE model 3500 filtresi.

Aktif öğeleri kullanmanın bazı sınırlamaları vardır. Temel filtre tasarım denklemleri , yükselticilerin sonlu bant genişliğini ihmal eder . Mevcut aktif cihazlar sınırlı bant genişliğine sahiptir, bu nedenle yüksek frekanslarda genellikle pratik değildirler. Amplifikatörler güç tüketir ve bir sisteme gürültü enjekte eder. Amplifikatör elemanlarına öngerilim akımı için DC yolu sağlanmadıysa, belirli devre topolojileri pratik olmayabilir. Güç kullanma yeteneği, amplifikatör aşamalarıyla sınırlıdır.

Aktif filtre devresi konfigürasyonları ( elektronik filtre topolojisi ) şunları içerir:

Aktif filtreler, pasif filtrelerle aynı transfer işlevlerini uygulayabilir . Yaygın aktarım işlevleri şunlardır:

Çentik ve yüksek geçiş gibi kombinasyonlar mümkündür ( rahatsız edici gürültülerin çoğunun belirli bir frekanstan geldiği bir gürültü filtresinde ). Başka bir örnek, eliptik bir filtredir .

Aktif filtrelerin tasarımı

Ayrıca bkz: Filtre tasarımı

Filtreleri tasarlamak için oluşturulması gereken özellikler şunları içerir:

  • Frekans yanıtının şekli ile birlikte istenen frekans aralığı (geçiş bandı). Bu, filtre çeşitliliğini (yukarıya bakın) ve merkez veya köşe frekanslarını gösterir.
  • Giriş ve çıkış empedans gereksinimleri. Bunlar, mevcut devre topolojilerini sınırlar; örneğin, aktif filtre topolojilerinin tümü olmasa da çoğu, tamponlu (düşük empedanslı) bir çıktı sağlar. Bununla birlikte, eğer kullanılırsa, operasyonel amplifikatörlerin dahili çıkış empedansının yüksek frekanslarda belirgin şekilde artabileceğini ve zayıflamayı beklenenden azaltabileceğini unutmayın. Bazı yüksek geçişli filtre topolojilerinin, girişi neredeyse yüksek frekanslara kısa devre ile sunduğunu unutmayın.
  • Aktif elemanların dinamik aralığı. Amplifikatör, beklenen giriş sinyallerinde doygun olmamalı (güç kaynağı raylarına girmemeli) veya gürültünün baskın olduğu bu kadar düşük genliklerde çalıştırılmamalıdır.
  • İstenmeyen sinyallerin reddedilme derecesi.
    • Dar bantlı bant geçiren filtreler durumunda, Q -3 dB bant genişliğini ve aynı zamanda merkez frekanstan çok uzaktaki frekansların reddedilme derecesini belirler; bu iki gereksinim çelişki içindeyse , kademeli ayarlı bir bant geçiren filtre gerekebilir.
    • Çentik filtreleri için, çentik frekansındaki istenmeyen sinyallerin reddedilme derecesi, bileşenlerin doğruluğunu belirler, ancak çentiğin istenen dikliği tarafından yönetilen Q, yani zayıflama küçük hale gelmeden önce çentik etrafındaki bant genişliği tarafından yönetilmez.
    • Yüksek geçiren ve alçak geçiren (ve ayrıca merkez frekanstan uzaktaki bant geçiren filtreler) için gerekli reddetme, gereken zayıflatma eğimini ve dolayısıyla filtrenin "sırasını" belirleyebilir. İkinci dereceden bir tüm kutuplu filtre, oktav başına yaklaşık 12 dB'lik (40 dB / on yıl) nihai bir eğim verir, ancak köşe frekansına yakın eğim çok daha azdır ve bazen filtreye bir çentik eklenmesini gerektirir.
  • Yüksek geçiren ve alçak geçiren filtrelerin geçiş bandı içindeki izin verilen "dalgalanma" (desibel cinsinden düz bir tepkiden sapma), köşe frekansı yakınındaki frekans yanıt eğrisinin şekli ile birlikte, sönümleme oranını veya sönümleme faktörünü ( = 1 / (2Q)). Bu aynı zamanda faz cevabını ve kare dalga girişine verilen zaman cevabını da etkiler . Birkaç önemli yanıt şekli (sönümleme oranları) iyi bilinen adlara sahiptir:
    • Chebyshev filtresi - köşeden önce geçiş bandında tepe noktası / dalgalanma; 2. derece filtreler için Q> 0.7071.
    • Butterworth filtresi - maksimum düz genlik yanıtı; 2. derece filtreler için Q = 0.7071
    • Legendre-Papoulis filtresi - daha sert bir düşüş için hala monoton olsa da geçiş bandında bir miktar düzlük takas eder
    • Linkwitz – Riley filtresi - ses geçişi uygulamaları için istenen özellikler, aşma olmadan en hızlı yükselme süresi; Q = 0.5 ( kritik sönümlü )
    • Paynter veya geçiş Thompson-Butterworth veya "uzlaşma" filtresi - Bessel'den daha hızlı düşüş; 2. derece filtreler için Q = 0.639
    • Bessel filtresi - maksimum düz grup gecikmesi; 2. derece filtreler için Q = 0.577. İyi doğrusal faz sağlar.
    • Eliptik filtre veya Cauer filtre - bir çentik eklemek (veya "sıfır") sadece geçiş-bandının dışındaki bir sırayla kombinasyonunun daha bu bölgede daha büyük bir eğim ve sönüm oranı elde olmadan çentik. Çıkış, ideal filtreye benzer (yani, hem geçiş bandı hem de durdurma bandı için iyi düz yanıt).

Pasif filtrelerle karşılaştırma

Aktif bir filtre , girişe kıyasla bir sinyaldeki mevcut gücü artırarak kazanç sağlayabilir . Pasif filtreler bir sinyalden enerjiyi dağıtır ve net bir güç kazanımı olamaz. Bazı frekans aralıkları için, örneğin ses frekanslarında ve altında, aktif bir filtre, dirençler ve kapasitörlere kıyasla nispeten büyük ve maliyetli bileşenler olan ve gerekli olanla yapılması daha pahalı olan indüktörler kullanmadan belirli bir transfer işlevini gerçekleştirebilir. yüksek kalite ve doğru değerler. Bu avantaj, tamamen bir çip üzerine entegre edilmiş aktif filtreler için o kadar önemli olmayabilir, çünkü mevcut kapasitörler nispeten düşük değerlere sahiptir ve bu nedenle entegre devrenin alanını kaplayan yüksek değerli dirençler gerektirir. Aktif filtreler, kademeler arasında iyi bir izolasyona sahiptir ve yüksek giriş empedansı ve düşük çıkış empedansı sağlayabilir; bu onların özelliklerini kaynak ve yük empedanslarından bağımsız kılar. Özellikleri iyileştirmek istendiğinde birden çok aşama basamaklandırılabilir. Bunun aksine, çok aşamalı pasif filtrelerin tasarımında, her aşamanın önceki aşamanın frekansa bağlı yüklemesini hesaba katması gerekir. Pasif filtrelere kıyasla aktif filtreleri geniş bir aralıkta ayarlanabilir hale getirmek mümkündür. İndüktörler kullanılmadığından, filtreler çok kompakt bir boyutta yapılabilir ve mevcut olabilecek manyetik alanları üretmez veya bunlarla etkileşime girmez.

Aktif filtrelerle karşılaştırıldığında, pasif filtreler ek güç kaynağı gerektirmez. Aktif bir filtrenin yükseltici cihazları, işlenecek tüm frekans aralığı boyunca tahmin edilebilir kazanç ve performans sağlamalıdır; kazanç bant genişliği ürün amplifikatör kullanılabilecek maksimum frekans sınırlamak.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b Don Lancaster, Aktif Filtre Yemek Kitabı , Howard W. Sams and Co., 1975 ISBN   0-672-21168-8 sayfalar 8-10
  2. ^ "Op-amp Band Geçiş Filtresi" . Temel Elektronik Dersleri . 2013-08-14 . Erişim tarihi: 2018-12-26 .
  3. ^ Muhammad H. Rashid, Mikroelektronik Devreler: Analiz ve Tasarım , Cengage Learning, 2010 ISBN   0-495-66772-2 , sayfa 804
  4. ^ "Bant Durdurma Filtrelerine Reddetme Filtreleri denir" . Temel Elektronik Dersleri . 2015-10-20 . Erişim tarihi: 2018-12-26 .
  5. ^ Don Lancaster, Aktif Filtre Yemek Kitabı , Elsevier Science, 1996 ISBN   9780750629867
  6. ^ "Filtrelere Temel Giriş - Aktif, Pasif ve Anahtarlı Kapaklı (Rev. A) Analog ve Karışık Sinyal SNOA224A - TI.com" (PDF) . www.ti.com . Erişim tarihi: 2020-02-03 .

Dış bağlantılar