Actieve filters kenmerken, eerste en tweede orde, toepassingen

de actieve filters zijn degene die gecontroleerde bronnen of actieve elementen hebben, zoals bijvoorbeeld operationele versterkers, transistors of vacuümbuizen. Via een elektronisch circuit kan een filter voldoen aan de modellering van een overdrachtsfunctie die het ingangssignaal verandert en een uitgangssignaal geeft volgens het ontwerp.

De configuratie van een elektronisch filter is meestal selectief en het selectiecriterium is de frequentie van het ingangssignaal. Vanwege het bovenstaande zullen, afhankelijk van het type circuit (in serie of parallel), het filter bepaalde signalen doorlaten en de doorgang van de rest blokkeren..

Op deze manier zal het uitgangssignaal worden gekenmerkt door te worden gezuiverd volgens de ontwerpparameters van de schakeling die het filter vormt.

index

• 1 Kenmerken
• 2 Filters van de eerste orde
  • 2.1 Laagdoorlaatfilters
  • 2.2 Filters gaan hoog
• 3 Tweede-ordefilters
• 4 toepassingen
• 5 Referenties

features

- Actieve filters zijn analoge filters, wat betekent dat ze een analoog signaal (ingang) wijzigen afhankelijk van de frequentiecomponenten.

- Dankzij de aanwezigheid van actieve componenten (operationele versterkers, vacuümbuizen, transistors, enz.), Verhoogt dit type filters een sectie of het gehele uitgangssignaal, met betrekking tot het ingangssignaal.

Dit komt door de versterking van energie door het gebruik van operationele versterkers (OPAMS). Het bovenstaande vergemakkelijkt het verkrijgen van resonantie en een hoge kwaliteitsfactor, zonder de noodzaak om inductoren te gebruiken. De kwaliteitsfactor, ook bekend als de Q-factor, is van zijn kant een maat voor de scherpte en efficiëntie van resonantie.

- Actieve filters kunnen actieve en passieve componenten combineren. De laatste zijn de basiscomponenten van de circuits: weerstanden, condensatoren en inductoren.

- Actieve filters maken cascadeverbindingen mogelijk, zijn geconfigureerd om signalen te versterken en maken integratie mogelijk met twee of meer circuits indien nodig.

- In het geval dat de schakeling operationele versterkers heeft, wordt de uitgangsspanning van de schakeling beperkt door de verzadigingsspanning van deze elementen.

- Afhankelijk van het type circuit en de nominale waarden van de actieve en passieve elementen, kan het actieve filter worden ontworpen om een ​​hoge ingangsimpedantie en een kleine uitgangsimpedantie te verschaffen..

- De productie van actieve filters is zuinig in vergelijking met andere typen assemblages.

- Om te werken, hebben actieve filters een voeding nodig, bij voorkeur symmetrisch.

Eerste-orde filters

De filters van de eerste orde worden gebruikt om de signalen die boven of onder de afkeuringsgraad liggen te dempen, in veelvouden van 6 decibel telkens wanneer de frequentie wordt verdubbeld. Dit type assembly's wordt meestal weergegeven door de volgende overdrachtsfunctie:

Wanneer u de teller en de noemer van de uitdrukking opsplitst, moet u:

- N (jω) is een polynoom van graad ≤ 1

- t is het omgekeerde van de hoekfrequentie van het filter

- w_c is de hoekfrequentie van het filter en wordt gegeven door de volgende vergelijking:

In die uitdrukking_c is de filterafsnijfrequentie.

De afsnijfrequentie is die grensfrequentie van het filter waarvoor signaalverzwakking wordt geïnduceerd. Afhankelijk van de configuratie van het filter (low pass, high pass, bandpass of bandeliminatie), wordt het effect van het filterontwerp precies weergegeven door de cutoff-frequentie.

In het specifieke geval van eerste-ordefilters kunnen deze alleen laagdoorlaat of hoogdoorlaat zijn.

Laagdoorlaatfilters

Dit type filters maakt de doorgang van lagere frequenties mogelijk en verzwakt of onderdrukt frequenties boven de afsnijfrequentie.

De overdrachtsfunctie voor de laagdoorlaatfilters is als volgt:

De amplitude- en fasereactie van deze overdrachtsfunctie is:

Een actief laagdoorlaatfilter kan de ontwerpfunctie vervullen door gebruik te maken van ingangs- en aardontladingsweerstanden, samen met operationele versterkers en weerstands- en condensatorconfiguraties parallel. Hieronder ziet u een voorbeeld van een inverter laagdoorlaat actief circuit:

De parameters van de overdrachtsfunctie voor dit circuit zijn:

Filters gaan hoog

Aan de andere kant hebben hoogdoorlaatfilters het tegenovergestelde effect vergeleken met laagdoorlaatfilters. Dat wil zeggen, dit type filters verzwakt lage frequenties en laat hoge frequenties passeren.

Zelfs, afhankelijk van de configuratie van het circuit, kunnen hoogdoorlaatbare actieve filters de signalen versterken als ze operationele versterkers hebben die speciaal voor dat doel zijn ingericht. De overdrachtsfunctie van een actief hoogdoorlaatfilter van de eerste orde is als volgt:

De amplitude- en fasereactie van het systeem is:

Een actief hoogdoorlaatfilter gebruikt weerstanden en condensatoren in serie aan de ingang van het circuit, evenals een weerstand in het pad van ontlading naar aarde, om de functie van feedbackimpedantie te vervullen. Hieronder ziet u een voorbeeld van een actieve high-pass omvormerschakeling:

De parameters van de overdrachtsfunctie voor dit circuit zijn:

Tweede orde filters

Filters van de tweede orde worden meestal verkregen door eerste-orde filterverbindingen in serie te maken, om een ​​meer complexe opstelling te verkrijgen die selectieve frequentie-afstemming mogelijk maakt.

De algemene uitdrukking voor de overdrachtsfunctie van een filter van de tweede orde is:

Wanneer u de teller en de noemer van de uitdrukking opsplitst, moet u:

- N (jω) is een polynoom met graad ≤ 2.

- w_of is de hoekfrequentie van het filter en wordt gegeven door de volgende vergelijking:

In deze vergelijking f_of is de karakteristieke frequentie van het filter. In het geval dat er een RLC-circuit is (weerstand, inductor en condensator in serie), valt de karakteristieke frequentie van het filter samen met de resonantiefrequentie van het filter.

Op zijn beurt is de resonantiefrequentie de frequentie waarbij het systeem de maximale mate van oscillatie bereikt.

- ζ is de dempingsfactor. Deze factor definieert de capaciteit van het systeem om het ingangssignaal te dempen.

Op zijn beurt wordt uit de dempingsfactor de filterkwaliteitsfactor verkregen door de volgende uitdrukking:

Afhankelijk van het ontwerp van de impedanties van het circuit, kunnen de actieve filters van de tweede orde zijn: laagdoorlaatfilters, hoogdoorlaatfilters en banddoorlaatfilters..

toepassingen

De actieve filters worden gebruikt in elektrische netwerken om storingen in het netwerk te verminderen als gevolg van de aansluiting van niet-lineaire belastingen.

Deze verstoringen kunnen worden doordrongen door de combinatie van actieve en passieve filters en de variatie van de ingangsimpedanties en RC-configuraties in de gehele assemblage.

In elektrische netwerken met vermogen worden actieve filters gebruikt om de harmonischen van stroom die door het netwerk tussen actief filter en het knooppunt voor energieopwekking stroomt te verminderen.

Evenzo helpen de actieve filters om de retourstromen die door de nulleider circuleren te balanceren, en de harmonischen die samenhangen met deze stroom en de spanning van het systeem.

Bovendien vervullen de actieve filters een uitstekende functie met betrekking tot de correctie van de arbeidsfactor van de onderling verbonden elektrische systemen.

referenties

1. Actieve filters (s.f.). Nationale experimentele universiteit van Tachira. Staat Táchira, Venezuela. Teruggeplaatst van: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Actieve filters: introductie en toepassingen. Universitat Politècnica de Catalunya, Spanje. Teruggeplaatst van: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Actieve filters. Nationale universiteit van Rosario. Argentinië. Teruggeplaatst van: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (s.f.). Circuittheorie II. Universiteit Simón Bolívar. Staat Miranda, Venezuela. Teruggeplaatst van: labc.usb.ve
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Actief filter Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronisch filter Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org