AKTÍV SZŰRŐK: JELLEMZŐK, ELSŐ ÉS MÁSODIK SORREND - TECHNOLÓGIA - 2025

Az aktív szűrők ellenőrzött forrásokkal vagy aktív elemekkel rendelkeznek, például működési erősítők, tranzisztorok vagy vákuumcsövek. Egy elektronikus áramkörön keresztül egy szűrő lehetővé teszi az átviteli funkció modellezését, amely megváltoztatja a bemeneti jelet és a kialakításnak megfelelő kimeneti jelet ad.

Az elektronikus szűrő konfigurációja általában szelektív, és a kiválasztási kritérium a bemeneti jel frekvenciája. A fentiek miatt az áramkörtől függően (sorosan vagy párhuzamosan) a szűrő lehetővé teszi bizonyos jelek áthaladását, és a többi blokkolását blokkolja.

Ilyen módon a kimeneti jelet úgy jellemezzük, hogy finomításra kerül a szűrőt alkotó áramkör tervezési paramétereinek megfelelően.

jellemzők

- Az aktív szűrők analóg szűrők, vagyis az analóg jelet (bemenetet) a frekvenciakomponensek függvényében módosítják.

- Az aktív komponensek (operációs erősítők, vákuumcsövek, tranzisztorok stb.) Jelenlétének köszönhetően az ilyen típusú szűrő növeli a metszetet vagy a teljes kimeneti jelet a bemeneti jelhez viszonyítva.

Ennek oka az operációs erősítők (OPAMS) felhasználásával történő teljesítményerősítés. Ez megkönnyíti a rezonancia elérését és a magas színvonalú tényezőt indukciós vezetékek használata nélkül. A minõségi tényezõ, amelyet szintén Q tényezõnek is neveznek, a rezonancia élességét és hatékonyságát méri.

- Az aktív szűrők kombinálhatják az aktív és a passzív komponenseket. Ez utóbbi az áramkörök alapvető alkotóelemei: ellenállások, kondenzátorok és induktorok.

- Az aktív szűrők lehetővé teszik a lépcsőzetes kapcsolatokat, úgy vannak konfigurálva, hogy erősítsék meg a jeleket, és szükség esetén lehetővé tegyék a két vagy több áramkör közötti integrációt.

- Abban az esetben, ha az áramkör működési erősítőkkel rendelkezik, az áramkör kimeneti feszültségét ezen elemek telítési feszültsége korlátozza.

- Az áramkör típusától és az aktív és passzív elemek névleges típusától függően az aktív szűrőt úgy lehet megtervezni, hogy magas bemeneti impedanciát és kis kimeneti impedanciát biztosítson.

- Az aktív szűrők gyártása a többi típusú szerelvényhez képest gazdaságos.

- A működéshez az aktív szűrők tápfeszültséget igényelnek, lehetőleg szimmetrikusan.

Első sorrendű szűrők

Az elsőrendű szűrőket a visszautasítási fok fölötti vagy alatti jelek gyengítésére használják, 6 decibel többszöröseként, minden alkalommal, amikor a frekvencia megduplázódik. Az ilyen típusú beállítást általában a következő átviteli funkció képviseli:

A kifejezés számozójának és nevezőjének lebontásakor:

- N (jω) ≤ 1 fokú polinom

- t a szűrő szögfrekvenciájának fordítottja

- W _c a szűrő szögfrekvenciája, amelyet a következő egyenlet ad meg:

Ebben a kifejezésben f _c a szűrő határfrekvenciája.

A leválasztási frekvencia a szűrő azon végfrekvenciája, amelyre a jel csillapítása indukálódik. A szűrő konfigurációjától függően (aluláteresztő, magasáteresztő, sávú vagy eltávolító sávok) a szűrő kialakításának hatása pontosan a határfrekvencián mutatkozik meg.

Az első sorrendű szűrők konkrét esetben ezek csak aluláteresztő vagy magasáteresztő lehet.

Aluláteresztő szűrők

Az ilyen típusú szűrők lehetővé teszik az alacsonyabb frekvenciák áthaladását, és csillapítják vagy elnyomják az cutoff frekvencia feletti frekvenciákat.

Az aluláteresztő szűrők átviteli funkciója a következő:

Ennek az átviteli függvénynek az amplitúdója és fázisválasza:

Az aktív aluláteresztő szűrő bemeneti és földelési ellenállások alkalmazásával, op-erősítőkkel, valamint párhuzamos kondenzátor és ellenállás konfigurációkkal képes ellátni a tervezési funkciót. Az alábbiakban bemutatunk egy aktív aluláteresztő inverter áramkört:

Ennek az áramkörnek az átviteli funkciójának paraméterei:

Magasáteresztő szűrők

A magasáteresztő szűrőknek viszont az ellenkező hatása van, mint az aluláteresztő szűrőknek. Más szavakkal: az ilyen típusú szűrők gyengítik az alacsony frekvenciákat, és lehetővé teszik a magas frekvenciák áthaladását.

Még az áramköri konfigurációtól függően az aktív felüláteresztő szűrők is erősíthetik a jeleket, ha rendelkeznek speciálisan erre a célra elrendezett operációs erősítővel. Az első rendű aktív felülúszó szűrő transzfer funkciója a következő:

A rendszer amplitúdója és fázisválasza:

Az aktív nagysebességű szűrő ellenállásokat és kondenzátorokat használ sorosan az áramkör bemenetén, valamint egy ellenállást a talaj kisülési útjában, hogy visszacsatolási impedanciát szolgáljon. Íme egy példa egy aktív magas áteresztőképességű inverter áramkörre:

Ennek az áramkörnek az átviteli funkciójának paraméterei:

Második sorrendű szűrők

A második sorrendű szűrőket rendszerint az első sorrendű szűrőcsatlakozások sorba állításával kapják meg, hogy egy összetettebb szerelvényt kapjanak, amely lehetővé teszi a frekvenciák szelektív beállítását.

A második sorrendű szűrő átviteli funkciójának általános kifejezése:

A kifejezés számozójának és nevezőjének lebontásakor:

- N (jω) ≤ 2 fokú polinom.

- W _o a szűrő szögfrekvenciája, amelyet a következő egyenlet ad meg:

Ebben az egyenletben az f _o a szűrő karakterisztikus frekvenciája. RLC áramkör (ellenállás, induktor és kondenzátor sorozatban) esetén a szűrő jellemző frekvenciája megegyezik a szűrő rezonancia frekvenciájával.

A rezonáns frekvencia viszont az a frekvencia, amellyel a rendszer eléri a maximális lengési fokot.

- ζ a csillapító tényező. Ez a tényező határozza meg a rendszer azon képességét, hogy tompítsa a bemeneti jelet.

A csillapítási tényezőből viszont a szűrő minőségi tényezőjét a következő kifejezéssel kapjuk:

Az áramköri impedanciák kialakításától függően a második sorrendű aktív szűrők lehetnek: aluláteresztő szűrők, felső áteresztő szűrők és sávszűrők.

Alkalmazások

Az aktív szűrőket az elektromos hálózatokban használják annak érdekében, hogy csökkentsék a hálózatban a nemlineáris terhelések összekapcsolása miatt fellépő zavarokat.

Ezeket a zavarokat az aktív és a passzív szűrők kombinálásával, valamint a bemeneti impedanciák és az RC beállítások változtatásával lehet átjárni a szerelvény egész területén.

Az elektromos hálózatokban aktív szűrőket használnak az áram harmonikus szintjének csökkentésére, amelyek a hálózaton keringnek az aktív szűrő és az elektromos áramtermelő csomópont között.

Hasonlóképpen, az aktív szűrők segítenek egyensúlyozni a semleges körül keringő visszatérõ áramot, valamint az ehhez az áramláshoz és a rendszer feszültségéhez társított harmonikusokat.

Ezenkívül az aktív szűrők kiváló szerepet játszanak az összekapcsolt elektromos rendszerek teljesítménytényezőjének korrekciójában.

Irodalom

1. Aktív szűrők (sf). Táchira Nemzeti Kísérleti Egyetem. Táchira állam, Venezuela. Helyreállítva: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Aktív szűrők: Bevezetés és alkalmazások. Universitat Politècnica de Catalunya, Spanyolország. Helyreállítva: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Aktív szűrők. Rosario Nemzeti Egyetem. Argentína. Helyreállítva: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Áramköri elmélet II. Simon Bolivar Egyetem. Miranda állam, Venezuela. Helyreállítva: labc.usb.ve
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Aktív szűrő. Helyreállítva: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronikus szűrő. Helyreállítva: es.wikipedia.org