AKTIIVISET SUODATTIMET: ENSIMMÄISEN JA TOISEN ASTEEN OMINAISUUDET - TEKNIIKKA - 2026

Aktiivisia suodattimia ovat ne, joissa on ohjattavat lähteet tai aktiiviset elementit, kuten operaatiovahvistimet, transistorit tai tyhjöputket. Elektronisen piirin kautta suodatin mahdollistaa siirtofunktioiden mallintamisen, joka muuttaa tulosignaalia ja antaa lähtösignaalin suunnittelun mukaisesti.

Elektronisen suodattimen konfiguraatio on yleensä selektiivinen ja valintakriteeri on tulosignaalin taajuus. Edellä esitetystä johtuen suodatin sallii piirin tyypistä riippuen (sarjassa tai rinnakkain) tiettyjen signaalien läpikulun ja estää loput.

Tällä tavalla ulostulosignaalille on tunnusomaista hienosäätö suodattimen muodostavan piirin suunnitteluparametrien mukaisesti.

ominaisuudet

- Aktiiviset suodattimet ovat analogisia suodattimia, mikä tarkoittaa, että ne modifioivat analogista signaalia (tuloa) taajuuskomponenttien funktiona.

- Aktiivisten komponenttien (operaatiovahvistimet, tyhjöputket, transistorit jne.) Läsnäolon ansiosta tämäntyyppinen suodatin lisää osaa tai koko lähtösignaalia suhteessa tulosignaaliin.

Tämä johtuu operaatiovahvistimien (OPAMS) käytön tehosteesta. Tämä helpottaa resonanssin ja korkealaatuisen tekijän hankkimista ilman induktorien käyttöä. Laatukerroin, joka tunnetaan myös nimellä Q-tekijä, on puolestaan ​​resonanssin tarkkuuden ja tehokkuuden mitta.

- Aktiivisuodattimet voivat yhdistää aktiiviset ja passiiviset komponentit. Viimeksi mainitut ovat piirien peruskomponentit: vastukset, kondensaattorit ja induktorit.

- Aktiiviset suodattimet sallivat CSS-yhteydet, ne on konfiguroitu vahvistamaan signaaleja ja mahdollistamaan integrointi kahden tai useamman piirin välillä tarvittaessa.

- Jos piirissä on operaatiovahvistimia, piirin lähtöjännitettä rajoittaa näiden elementtien kylläisyysjännite.

- Riippuen piirin tyypistä ja aktiivisten ja passiivisten elementtien nimellisarvoista, aktiivinen suodatin voidaan suunnitella tuottamaan korkea tuloimpedanssi ja pieni lähtöimpedanssi.

- Aktiivisten suodattimien valmistus on taloudellista verrattuna muun tyyppisiin kokoonpanoihin.

- Aktiivisten suodattimien toiminta vaatii virtalähteen, mieluiten symmetrisen.

Ensimmäisen tilauksen suodattimet

Ensimmäisen asteen suodattimia käytetään vaimentamaan signaaleja, jotka ovat hylkäämisasteen ylä- tai alapuolella, 6 desibelin kerrannaisina joka kerta, kun taajuus kaksinkertaistetaan. Tämän tyyppisiä asennuksia edustaa yleensä seuraava siirtofunktio:

Kun hajotamme lausekkeen numeroijan ja nimittäjän, meillä on:

- N (jω) on polynomi, jonka aste on <1

- t on suodattimen kulmataajuuden käänteinen arvo

- W _c on suodattimen kulmataajuus, ja se saadaan seuraavalla yhtälöllä:

Tässä lausekkeessa f _c on suodattimen rajataajuus.

Rajataajuus on suodattimen rajataajuus, jolle signaalin vaimennus indusoidaan. Suodattimen kokoonpanosta (alipäästö, ylipäästö, kaistanpäästö tai eliminoivat kaistat) riippuen suodattimen suunnittelun vaikutus esitetään tarkasti rajataajuudella.

Erityisesti ensimmäisen kertaluvun suodattimissa nämä voivat olla vain alipäästö tai ylipäästö.

Alipäästösuodattimet

Tämäntyyppinen suodatin sallii alempien taajuuksien läpäistä ja vaimentaa tai vaimentaa rajataajuuden yläpuolella olevia taajuuksia.

Alipäästösuotimien siirtofunktio on seuraava:

Tämän siirtofunktion amplitudi ja vaihevaste ovat:

Aktiivinen alipäästösuodin voi suorittaa suunnittelutoiminnon käyttämällä tulo- ja maadoitusvastuksia yhdessä op-vahvistimien sekä rinnakkaiskondensaattori- ja vastuskonfiguraatioiden kanssa. Alla on esimerkki aktiivisesta alipäästötaajuusmuuttajan piiristä:

Tämän piirin siirtofunktion parametrit ovat:

Ylipäästösuodattimet

Yläpäästösuotimilla on puolestaan ​​päinvastainen vaikutus verrattuna alipäästösuotimiin. Toisin sanoen, tämäntyyppinen suodatin vaimentaa matalat taajuudet ja antaa korkeiden taajuuksien kulkea.

Jopa piirikokoonpanosta riippuen aktiiviset ylipäästösuodattimet voivat vahvistaa signaaleja, jos niissä on operatiiviset vahvistimet, jotka on erityisesti järjestetty tätä tarkoitusta varten. Ensimmäisen asteen aktiivisen ylipäästösuodattimen siirtofunktio on seuraava:

Järjestelmän amplitudi ja vaihevaste ovat:

Aktiivisessa ylipäästösuodattimessa käytetään vastuksia ja kondensaattoreita sarjaan piirin sisääntulossa, samoin kuin vastusta purkautumisreitillä maahan, jotta ne toimisivat takaisinkytkentäimpedanssina. Tässä on esimerkki aktiivisesta ylipäästötaajuusmuuttajan piiristä:

Tämän piirin siirtofunktion parametrit ovat:

Toisen asteen suodattimet

Toisen asteen suodattimet saadaan yleensä tekemällä ensimmäisen kertaluvun suodatinyhteydet sarjassa monimutkaisemman kokoonpanon saamiseksi, joka mahdollistaa taajuuksien selektiivisen virittämisen.

Yleinen lauseke toisen kertaluvun suodattimen siirtofunktiolle on:

Kun hajotamme lausekkeen numeroijan ja nimittäjän, meillä on:

- N (jω) on polynomi, jonka aste on <2.

- W _o on suodattimen kulmataajuus, ja se saadaan seuraavalla yhtälöllä:

Tässä yhtälössä f _o on suodattimen karakteristinen taajuus. Jos RLC-piiri (vastus, induktori ja kondensaattori sarjassa) on, suodattimen ominaistaajuus vastaa suodattimen resonanssitaajuutta.

Resonanssitaajuus puolestaan ​​on taajuus, jolla järjestelmä saavuttaa suurimman värähtelyasteen.

- ζ on vaimennuskerroin. Tämä tekijä määrittelee järjestelmän kyvyn vaimentaa tulosignaalia.

Vaimennuskertoimesta suodattimen laatukerroin puolestaan ​​saadaan seuraavalla lausekkeella:

Piirin impedanssien suunnittelusta riippuen toisen asteen aktiiviset suodattimet voivat olla: alipäästösuodimet, ylipäästösuodimet ja kaistanpäästösuodattimet.

Sovellukset

Aktiivisia suodattimia käytetään sähköverkoissa epälineaaristen kuormien kytkemisestä johtuvien häiriöiden vähentämiseksi verkossa.

Nämä häiriöt voidaan läpäistä yhdistämällä aktiiviset ja passiiviset suodattimet ja vaihtamalla tuloimpedansseja ja RC-asetuksia koko kokoonpanon ajan.

Sähkövoimaverkoissa aktiivisia suodattimia käytetään vähentämään aktiivisen suodattimen ja sähköntuotannon solmun välisen verkon läpi kiertävän virran harmonisia harmonioita.

Samoin aktiiviset suodattimet auttavat tasapainottamaan neutraalin läpi kiertäviä paluvirtoja sekä tähän virtausvirtaan ja järjestelmän jännitteeseen liittyviä harmonisia.

Lisäksi aktiivisilla suodattimilla on erinomainen rooli kytkettyjen sähköjärjestelmien tehokertoimen korjaamisessa.

Viitteet

1. Aktiiviset suodattimet (sf). Táchiran kansallinen kokeellinen yliopisto. Táchira-osavaltio, Venezuela. Palautettu: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Aktiiviset suodattimet: Johdanto ja sovellukset. Universitat Politècnica de Catalunya, Espanja. Palautettu: krit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Aktiiviset suodattimet. Rosarion kansallinen yliopisto. Argentiina. Palautettu: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Kiertoteoria II. Simon Bolivar University. Mirandan osavaltio, Venezuela. Palautettu: labc.usb.ve
5. Wikipedia, Vapaa tietosanakirja (2017). Aktiivinen suodatin. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, Vapaa tietosanakirja (2017). Elektroninen suodatin. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org