Aktive Filter

Was sind aktive Filter?

Der aktive Filter Sie sind solche, die Quellen oder aktive Elemente wie Betriebsverstärker, Transistoren oder Vakuumrohre haben. Durch einen elektronischen Schaltkreis ermöglicht ein Filter die Modellierung einer Übertragungsfunktion, die das Eingangssignal ändert und ein Ausgangssignal gemäß dem Design ergibt.

Die Konfiguration eines elektronischen Filters ist normalerweise selektiv und die Auswahlkriterien sind die Frequenz des Eingangssignals. Aufgrund des oben genannten Abhängigkeit vom Schaltungstyp (in Serie oder parallel) lässt der Filter den Durchgang bestimmter Signale zu und blockiert den Rest des Restes.

Auf diese Weise wird das Ausgangssignal durch Verfeinerung der Entwurfsparameter der Schaltung, die den Filter ausmacht.

Eigenschaften von aktiven Filtern

- Aktive Filter sind analoge Filter, was impliziert, dass sie je nach Frequenzkomponenten ein Analog Signal (Eingang) modifizieren.

- Dank des Vorhandenseins aktiver Komponenten (operative Verstärker, Vakuumrohre, Transistoren usw.) Diese Art von Filtern erhöht einen Abschnitt oder das gesamte Ausgangssignal in Bezug auf das Eingangssignal.

Dies ist auf die Verstärkung der Energie aufgrund der Verwendung von operativen Verstärkern (OPAMs) zurückzuführen. Dies erleichtert die Resonanz und einen hohen Qualitätsfaktor, ohne Induktoren zu verwenden. Der Qualitätsfaktor - auch als Qfaktor bekannt, ist ein Maß für die Schärfe und Effizienz der Resonanz.

- Aktive Filter können aktive und Verbindlichkeitskomponenten kombinieren. Letztere sind die Grundkomponenten der Schaltungen: Widerstände, Kondensatoren und Induktoren.

- Aktive Filter erlauben Kaskadenverbindungen, werden so konfiguriert, dass sie Signale verstärken und bei Bedarf die Integration zwischen zwei oder mehr Schaltungen ermöglichen.

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- Für den Fall, dass die Schaltung operative Verstärker aufweist.

- Abhängig von der Art der Schaltung und der Nennwerte der Wirkstoff und Verbindlichkeiten kann der aktive Filter so ausgelegt werden, dass eine hohe Eingangsimpedanz und eine kleine Ausgangsimpedanz bereitgestellt werden.

- Die Herstellung von aktiven Filtern ist im Vergleich zu anderen Arten von Baugruppen wirtschaftlich wirtschaftlich.

- Für den Betrieb benötigen aktive Filter eine Fütterungsquelle, vorzugsweise symmetrisch.

Filter erster Ordnung

Filter erster Ordnung werden verwendet, um die Signale, die über oder unter dem Abstoßungsgrad liegen. Diese Art von Baugruppen wird normalerweise durch die folgende Übertragungsfunktion dargestellt:

Wenn der Zähler und Nenner des Ausdrucks, müssen Sie:

- N (Jω) ist ein Polynom -Polynom ≤ 1

- t ist die Umkehrung der Winkelfrequenz des Filters

- W_C Es ist die Winkelfrequenz des Filters und wird durch die folgende Gleichung angegeben:

In den besagten Ausdruck f_C Es ist die Schneidfrequenz des Filters.

Die Schnittfrequenz ist die Grenzfrequenz des Filters, für die eine Dämpfung des Signals induziert wird. Abhängig von der Filterkonfiguration (niedriger Durchgang, hoher Pass, Bandenpass oder Eliminierung Bänder) wird der Effekt des Filterdesigns genau aus der Schneidfrequenz dargestellt.

Im speziellen Fall von First -Orter -Filtern können diese nur niedrig oder hoher Schritt sein.

Niedrige Passfilter

Diese Art von Filtern ermöglicht die niedrigsten Frequenzen und unterdrückt oder unterdrückt die Frequenzen größer als die Schneidfrequenz.

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Die Übertragungsfunktion für die niedrigen Passfilter lautet wie folgt:

Die Amplitude und Phasenantwort dieser Übertragungsfunktion lautet:

Ein Filter mit niedrigem aktivem Durchgang kann die Entwurfsfunktion unter Verwendung von Eingangs- und Erdungsentwurfwiderständen zusammen mit den operativen Verstärkern sowie den Konfigurationen des Widerstands und der Kondensatoren parallel erfüllen. Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für einen aktiven Schaltungsschritt unter Investor:

Die Parameter der Übertragungsfunktion für diese Schaltung sind:

Filter gehen hoch

Die Hochpassage -Filter haben einen gegenteiligen Effekt im Vergleich zu den Filtern mit niedriger Durchführung. Das heißt, diese Art von Filtern mindert die niedrigen Frequenzen und lässt die Hochfrequenzen vergehen.

Abhängig von der Schaltungskonfiguration können die hohen Stufenfilter die Signale verstärken, wenn sie speziell für diesen Zweck betriebliche Verstärker angeordnet sind. Die Übertragungsfunktion eines hohen ordnungsbedingten hohen aktiven Schrittfilters lautet wie folgt:

Die Reaktion in der Amplitude und in der Systemphase ist:

Ein aktiver Filter mit hoher Passage verwendet Widerstands- und Serienkondensatoren am Schaltungseingang sowie einen Widerstand auf dem Erdungsweg, um die Rückkopplungsimpedanzfunktion zu erfüllen. Unten finden Sie ein Beispiel für einen aktiven Wechselrichter mit einem aktiven Schaltkreis:

Die Parameter der Übertragungsfunktion für diese Schaltung sind:

Zweite Filter

Filter zweiter Ordnung werden normalerweise erhalten, wenn erste Filterverbindungen in Reihe hergestellt werden, um eine komplexere Baugruppe zu erhalten, die selektivstimmungsfrequenzen ermöglicht.

Der allgemeine Ausdruck für die Übertragungsfunktion eines Filters zweiter Ordnung lautet:

Wenn der Zähler und Nenner des Ausdrucks, müssen Sie:

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- N (jω) ist ein Polynom -Polynom ≤ 2.

- W_entweder Es ist die Winkelfrequenz des Filters und wird durch die folgende Gleichung angegeben:

In dieser Gleichung f_entweder Es ist die charakteristische Frequenz des Filters. Im Falle eines RLC -Schaltkreises (Widerstand, Induktor und serieller Kondensator) ist.

Die Resonanzfrequenz ist wiederum die Frequenz, bei der das System seinen maximalen Oszillationsgrad erreicht.

- ζ Es ist der Dämpfungsfaktor. Dieser Faktor definiert die Kapazität des Systems, um das Eingangssignal zu kissen.

Aus dem Dämpfungsfaktor wird der Filterqualitätsfaktor wiederum durch den folgenden Ausdruck erhalten:

Abhängig von der Konstruktion der Schaltungsimpedanzen können aktive Filter der zweiten Ordnung sein: Niedrige Stufenfilter, Filter mit hoher Passage und Passbandfilter.

Aktive Filteranträge

Aktive Filter werden in elektrischen Netzwerken verwendet, um die Störungen im Netzwerk aufgrund der Verbindung nicht -linearer Lasten zu reduzieren.

Diese Störungen können durch Kombination von aktiven und Verbindlichkeiten sowie der Variation der Eintrittsimpedanzen und RC -Konfigurationen während der gesamten Baugruppe durchdrungen werden.

In elektrischen Netzwerken werden aktive Filter verwendet, um aktuelle Harmonische zu reduzieren, die über das Netzwerk zwischen aktivem Filter und elektrischem Stromerzeugungsknoten zirkulieren.

Ebenso helfen aktive Filter dazu.

Darüber hinaus erfüllen aktive Filter eine hervorragende Funktion in Bezug auf die Korrektur des Leistungsfaktors von miteinander verbundenen elektrischen Systemen.