АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ПОРЯДОК - ТЕХНОЛОГИЯ - 2026

Активные фильтры - это фильтры с управляемыми источниками или активными элементами, такими как операционные усилители, транзисторы или электронные лампы. Фильтр через электронную схему позволяет моделировать передаточную функцию, которая изменяет входной сигнал и выдает выходной сигнал в соответствии с проектом.

Конфигурация электронного фильтра обычно избирательна, и критерием выбора является частота входного сигнала. В связи с вышеизложенным, в зависимости от типа цепи (последовательно или параллельно) фильтр будет пропускать определенные сигналы и блокировать прохождение остальных.

Таким образом, выходной сигнал будет уточнен в соответствии с проектными параметрами схемы, составляющей фильтр.

характеристики

- Активные фильтры - это аналоговые фильтры, что означает, что они изменяют аналоговый сигнал (входной) в зависимости от частотных составляющих.

- Благодаря наличию активных компонентов (операционные усилители, электронные лампы, транзисторы и т. Д.) Этот тип фильтра увеличивает часть или весь выходной сигнал по отношению к входному сигналу.

Это связано с усилением мощности за счет использования операционных усилителей (OPAMS). Это упрощает получение резонанса и высокую добротность без использования катушек индуктивности. Со своей стороны, добротность, также известная как добротность, является мерой остроты и эффективности резонанса.

- Активные фильтры могут сочетать активные и пассивные компоненты. Последние являются основными компонентами схем: резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.

- Активные фильтры допускают каскадные соединения, настроены на усиление сигналов и при необходимости позволяют интегрировать две или более цепей.

- В случае, если в схеме есть операционные усилители, выходное напряжение схемы ограничивается напряжением насыщения этих элементов.

- В зависимости от типа схемы и номиналов активных и пассивных элементов активный фильтр может быть спроектирован так, чтобы обеспечивать высокое входное сопротивление и малое выходное сопротивление.

- Производство активных фильтров экономично по сравнению с другими типами сборок.

- Для работы активным фильтрам требуется источник питания, желательно симметричный.

Фильтры первого порядка

Фильтры первого порядка используются для ослабления сигналов, которые выше или ниже степени подавления, кратно 6 децибелам каждый раз, когда частота удваивается. Этот тип настройки обычно представлен следующей передаточной функцией:

При разбиении числителя и знаменателя выражения мы имеем:

- N (jω) - многочлен степени ≤ 1

- t - величина, обратная угловой частоте фильтра

- W _c - угловая частота фильтра и определяется следующим уравнением:

В этом выражении f _c - частота среза фильтра.

Частота среза - это предельная частота фильтра, для которой индуцируется затухание сигнала. В зависимости от конфигурации фильтра (нижних частот, верхних частот, полосовой или устраняемых полос) эффект от конструкции фильтра проявляется именно в частоте среза.

В частном случае фильтров первого порядка они могут быть только фильтрами низких или высоких частот.

Фильтры нижних частот

Этот тип фильтра пропускает низкие частоты, а также ослабляет или подавляет частоты выше частоты среза.

Передаточная функция для фильтров нижних частот следующая:

Амплитуда и фазовая характеристика этой передаточной функции:

Активный фильтр нижних частот может выполнять свою конструктивную функцию, используя входные и заземляющие резисторы, а также операционные усилители и параллельные конфигурации конденсаторов и резисторов. Ниже приведен пример активной схемы инвертора нижних частот:

Параметры передаточной функции для этой схемы:

Фильтры высоких частот

Со своей стороны, фильтры высоких частот имеют противоположный эффект по сравнению с фильтрами низких частот. Другими словами, этот тип фильтра ослабляет низкие частоты и пропускает высокие частоты.

Даже, в зависимости от конфигурации схемы, активные фильтры верхних частот могут усиливать сигналы, если у них есть операционные усилители, специально предназначенные для этой цели. Передаточная функция активного фильтра верхних частот первого порядка следующая:

Амплитуда и фазовая характеристика системы:

В активном фильтре верхних частот используются последовательно включенные резисторы и конденсаторы на входе схемы, а также резистор на пути разряда к земле, служащий импедансом обратной связи. Вот пример активной схемы инвертора верхних частот:

Параметры передаточной функции для этой схемы:

Фильтры второго порядка

Фильтры второго порядка обычно получаются путем последовательного соединения фильтров первого порядка, чтобы получить более сложную сборку, которая позволяет выборочно настраивать частоты.

Общее выражение для передаточной функции фильтра второго порядка:

При разбиении числителя и знаменателя выражения мы имеем:

- N (jω) - многочлен степени ≤ 2.

- W _o - угловая частота фильтра, которая определяется следующим уравнением:

В этом уравнении f _o - характеристическая частота фильтра. В случае наличия цепи RLC (сопротивление, катушка индуктивности и конденсатор последовательно), характеристическая частота фильтра соответствует резонансной частоте фильтра.

В свою очередь, резонансная частота - это частота, при которой система достигает максимальной степени колебаний.

- ζ - коэффициент затухания. Этот фактор определяет способность системы ослаблять входной сигнал.

В свою очередь, из коэффициента демпфирования коэффициент качества фильтра определяется следующим выражением:

В зависимости от конструкции импедансов цепи активными фильтрами второго порядка могут быть: фильтры нижних частот, фильтры верхних частот и полосовые фильтры.

Приложения

Активные фильтры используются в электрических сетях для уменьшения помех в сети из-за подключения нелинейных нагрузок.

Эти помехи можно устранить, комбинируя активные и пассивные фильтры, а также варьируя входное сопротивление и настройки RC по всей сборке.

В силовых электрических сетях активные фильтры используются для уменьшения гармоник тока, которые циркулируют по сети между активным фильтром и узлом выработки электроэнергии.

Точно так же активные фильтры помогают уравновесить обратные токи, которые циркулируют через нейтраль, и гармоники, связанные с этим током и напряжением системы.

Кроме того, активные фильтры играют отличную роль в корректировке коэффициента мощности взаимосвязанных электрических систем.

Ссылки

1. Активные фильтры (sf). Национальный экспериментальный университет Тачира. Штат Тачира, Венесуэла. Получено с: unet.edu.ve
2. Ламич, М. (2001). Активные фильтры: введение и приложения. Политический университет Каталонии, Испания. Получено с: cris.upc.edu
3. Мияра, Ф. (2004). Активные фильтры. Национальный университет Росарио. Аргентина. Получено с: fceia.unr.edu.ar
4. Хименес, М (нф). Теория схем II. Университет Симона Боливара. Штат Миранда, Венесуэла. Получено с: labc.usb.ve
5. Википедия, Бесплатная энциклопедия (2017). Активный фильтр. Получено с: es.wikipedia.org
6. Википедия, Бесплатная энциклопедия (2017). Электронный фильтр. Получено с: es.wikipedia.org