- karakteristikleri
- Birinci dereceden filtreler
- Düşük geçiş filtreleri
- Yüksek geçiş filtreleri
- İkinci dereceden filtreler
- Uygulamalar
- Referanslar
Aktif filtreler , işlemsel amplifikatörler, transistörler veya vakum tüpleri gibi kontrollü kaynaklara veya aktif öğelere sahip olanlardır. Bir elektronik devre vasıtasıyla, bir filtre, giriş sinyalini değiştiren ve tasarıma göre bir çıkış sinyali veren bir transfer fonksiyonunun modellenmesini sağlar.
Bir elektronik filtrenin konfigürasyonu genellikle seçicidir ve seçim kriteri, giriş sinyalinin frekansıdır. Yukarıdakilere bağlı olarak, devre tipine bağlı olarak (seri veya paralel) filtre belirli sinyallerin geçişine izin verecek ve geri kalanının geçişini engelleyecektir.
Bu şekilde çıkış sinyali, filtreyi oluşturan devrenin tasarım parametrelerine göre rafine edilerek karakterize edilecektir.
karakteristikleri
- Aktif filtreler analog filtrelerdir, yani frekans bileşenlerinin bir fonksiyonu olarak bir analog sinyali (girişi) değiştirirler.
- Aktif bileşenlerin (işlemsel yükselteçler, vakum tüpleri, transistörler, vb.) Varlığı sayesinde, bu tip filtre, giriş sinyaline göre bir bölümü veya tüm çıkış sinyalini artırır.
Bu, işlemsel amplifikatörlerin (OPAMS) kullanımıyla güç amplifikasyonundan kaynaklanmaktadır. Bu, indüktör kullanmaya gerek kalmadan rezonans ve yüksek kalite faktörü elde etmeyi kolaylaştırır. Q faktörü olarak da bilinen kalite faktörü, rezonansın keskinliği ve verimliliğinin bir ölçüsüdür.
- Aktif filtreler, aktif ve pasif bileşenleri birleştirebilir. İkincisi, devrelerin temel bileşenleridir: dirençler, kapasitörler ve indüktörler.
- Aktif filtreler, kademeli bağlantılara izin verir, sinyalleri yükseltmek için yapılandırılır ve gerekirse iki veya daha fazla devre arasında entegrasyona izin verir.
- Devrenin işlemsel kuvvetlendiricilere sahip olması durumunda, devrenin çıkış voltajı, bu elemanların doyma voltajı ile sınırlıdır.
- Devre tipine ve aktif ve pasif elemanların derecelendirmelerine bağlı olarak, aktif filtre, yüksek bir giriş empedansı ve küçük bir çıkış empedansı sağlayacak şekilde tasarlanabilir.
- Aktif filtrelerin üretimi diğer montaj türlerine göre ekonomiktir.
- Çalışmak için aktif filtreler, tercihen simetrik bir güç kaynağı gerektirir.
Birinci dereceden filtreler
Birinci dereceden filtreler, frekansın iki katına çıktığı her seferinde 6 desibelin katları halinde reddedilme derecesinin üstünde veya altında olan sinyalleri zayıflatmak için kullanılır. Bu tür bir kurulum genellikle aşağıdaki aktarım işlevi ile temsil edilir:
İfadenin payını ve paydasını parçalara ayırırken, elimizde:
- N (jω) ≤ 1 dereceli bir polinomdur
- t, filtrenin açısal frekansının tersidir
- W c , filtrenin açısal frekansıdır ve aşağıdaki denklemde verilir:
Bu ifadede f c , filtrenin kesme frekansıdır.
Kesme frekansı, sinyalin zayıflamasının indüklendiği filtrenin sınır frekansıdır. Filtre konfigürasyonuna bağlı olarak (düşük geçiş, yüksek geçiş, bant geçişi veya bantları ortadan kaldırma), filtre tasarımının etkisi kesin olarak kesim frekansından sunulur.
Birinci dereceden filtrelerin özel durumunda, bunlar yalnızca düşük geçiş veya yüksek geçiş olabilir.
Düşük geçiş filtreleri
Bu filtre türü, daha düşük frekansların geçmesine izin verir ve kesme frekansının üzerindeki frekansları zayıflatır veya bastırır.
Düşük geçişli filtreler için transfer işlevi aşağıdaki gibidir:
Bu transfer fonksiyonunun genliği ve faz yanıtı şöyledir:
Aktif bir alçak geçiren filtre, op-amp'ler ve paralel kapasitör ve direnç konfigürasyonları ile birlikte giriş ve topraklama dirençlerini kullanarak tasarım işlevini yerine getirebilir. Aşağıda, aktif bir düşük geçişli invertör devresi örneği verilmiştir:
Bu devre için transfer fonksiyonunun parametreleri şunlardır:
Yüksek geçiş filtreleri
Yüksek geçiş filtreleri, düşük geçişli filtrelere kıyasla ters etkiye sahiptir. Diğer bir deyişle, bu tip filtre, düşük frekansları zayıflatır ve yüksek frekansların geçişine izin verir.
Hatta, devre konfigürasyonuna bağlı olarak, aktif yüksek geçiren filtreler, bu amaç için özel olarak düzenlenmiş işlemsel yükselteçleri varsa sinyalleri yükseltebilir. Birinci dereceden aktif bir yüksek geçiren filtrenin transfer işlevi aşağıdaki gibidir:
Sistemin genlik ve faz tepkisi:
Aktif bir yüksek geçiş filtresi, bir geri besleme empedansı olarak hizmet etmek için, devrenin girişinde seri olarak dirençler ve kapasitörler ile toprağa deşarj yolunda bir direnç kullanır. İşte aktif bir yüksek geçişli invertör devresine bir örnek:
Bu devre için transfer fonksiyonunun parametreleri şunlardır:
İkinci dereceden filtreler
İkinci dereceden filtreler, frekansları seçici olarak ayarlamaya izin veren daha karmaşık bir montaj elde etmek için genellikle birinci dereceden filtre bağlantılarını seri olarak yaparak elde edilir.
İkinci dereceden bir filtrenin transfer fonksiyonu için genel ifade şöyledir:
İfadenin payını ve paydasını parçalara ayırırken, elimizde:
- N (jω), ≤ 2 dereceli bir polinomdur.
- W o , filtrenin açısal frekansıdır ve aşağıdaki denklemde verilir:
Bu denklemde f o , filtrenin karakteristik frekansıdır. Bir RLC devresine sahip olması durumunda (seri olarak direnç, indüktör ve kapasitör), filtrenin karakteristik frekansı filtrenin rezonans frekansıyla eşleşir.
Buna karşılık, rezonans frekansı, sistemin maksimum salınım derecesine ulaştığı frekanstır.
- ζ sönümleme faktörüdür. Bu faktör, sistemin giriş sinyalini sönümleme yeteneğini tanımlar.
Sırayla, sönümleme faktöründen, filtre kalite faktörü aşağıdaki ifadeyle elde edilir:
Devre empedanslarının tasarımına bağlı olarak, ikinci dereceden aktif filtreler şunlar olabilir: alçak geçiren filtreler, yüksek geçiren filtreler ve bant geçiren filtreler.
Uygulamalar
Doğrusal olmayan yüklerin bağlanması nedeniyle ağdaki kesintileri azaltmak için elektrik şebekelerinde aktif filtreler kullanılır.
Bu bozukluklar, aktif ve pasif filtreler birleştirilerek ve montaj boyunca değişen giriş empedansları ve RC ayarları ile geçirilebilir.
Elektrik şebekelerinde, aktif filtre ile elektrik enerjisi üretim düğümü arasındaki ağda dolaşan akım harmoniklerini azaltmak için aktif filtreler kullanılır.
Aynı şekilde, aktif filtreler, nötrde dolaşan dönüş akımlarını ve bu akım akışı ve sistem voltajıyla ilişkili harmonikleri dengelemeye yardımcı olur.
Ek olarak, aktif filtreler, birbirine bağlı elektrik sistemlerinin güç faktörünü düzeltmede mükemmel bir rol oynar.
Referanslar
- Aktif filtreler (sf). Táchira Ulusal Deneysel Üniversitesi. Táchira Eyaleti, Venezuela. Kurtarıldığı yer: unet.edu.ve
- Lamich, M. (2001). Aktif Filtreler: Giriş ve Uygulamalar. Universitat Politècnica de Catalunya, İspanya. Kurtarıldığı kaynak: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). Aktif filtreler. Ulusal Rosario Üniversitesi. Arjantin. Fceia.unr.edu.ar'dan kurtarıldı
- Gimenez, M (sf). Devre teorisi II. Simon Bolivar Üniversitesi. Miranda Eyaleti, Venezuela. Elde edildi: labc.usb.ve
- Wikipedia, Ücretsiz Ansiklopedi (2017). Aktif filtre. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
- Wikipedia, Ücretsiz Ansiklopedi (2017). Elektronik filtre. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı