ACTIEVE FILTERS: KENMERKEN, EERSTE EN TWEEDE ORDE - TECHNOLOGIE - 2025

Actieve filters zijn filters met gecontroleerde bronnen of actieve elementen, zoals operationele versterkers, transistors of vacuümbuizen. Via een elektronische schakeling maakt een filter het mogelijk om de modellering uit te voeren van een overdrachtsfunctie die het ingangssignaal verandert en een uitgangssignaal afgeeft volgens het ontwerp.

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

Op deze manier wordt het uitgangssignaal gekenmerkt door verfijning volgens de ontwerpparameters van de schakeling die het filter vormt.

kenmerken

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

- Dankzij de aanwezigheid van actieve componenten (operationele versterkers, vacuümbuizen, transistors, enz.), Vergroot dit type filter een sectie of het volledige uitgangssignaal ten opzichte van het ingangssignaal.

Dit komt door de vermogensversterking door het gebruik van operationele versterkers (OPAMS). Dit maakt het gemakkelijker om resonantie en een hoge kwaliteitsfactor te verkrijgen, zonder dat er inductoren nodig zijn. Van zijn kant is de kwaliteitsfactor -ook bekend als de Q-factor- een maat voor de scherpte en efficiëntie van de resonantie.

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

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

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

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

- De fabricage van actieve filters is economisch vergeleken met andere soorten samenstellingen.

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

Eerste orde filters

Filters van de eerste orde worden gebruikt om signalen te verzwakken die boven of onder de verwerpingsgraad liggen, in veelvouden van 6 decibel telkens wanneer de frequentie wordt verdubbeld. Dit type installatie wordt meestal weergegeven door de volgende overdrachtsfunctie:

Bij het opsplitsen van de teller en noemer van de uitdrukking, hebben we:

- 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 deze uitdrukking is f _c de afsnijfrequentie van het filter.

De afsnijfrequentie is de grensfrequentie van het filter waarvoor een verzwakking van het signaal wordt geïnduceerd. Afhankelijk van de filterconfiguratie (laagdoorlaat, hoogdoorlaat, banddoorlaat of banden elimineren), wordt het effect van het filterontwerp nauwkeurig weergegeven vanaf de afsnijfrequentie.

In het specifieke geval van filters van de eerste orde kunnen dit alleen laagdoorlaat- of hoogdoorlaatfilters zijn.

Laagdoorlaatfilters

Dit type filter laat lagere frequenties door, en verzwakt of onderdrukt frequenties boven de afsnijfrequentie.

De overdrachtsfunctie voor de laagdoorlaatfilters is als volgt:

De amplitude- en faserespons van deze overdrachtsfunctie is:

Een actief laagdoorlaatfilter kan de ontwerpfunctie vervullen door ingangs- en grondontladingsweerstanden te gebruiken, samen met opamps en parallelle condensator- en weerstandsconfiguraties. Hieronder ziet u een voorbeeld van een actief laagdoorlaat-invertercircuit:

De parameters van de overdrachtsfunctie voor dit circuit zijn:

Hoogdoorlaatfilters

Hoogdoorlaatfilters hebben op hun beurt het tegenovergestelde effect in vergelijking met laagdoorlaatfilters. Met andere woorden, dit type filter verzwakt de lage frequenties en laat de hoge frequenties door.

Zelfs, afhankelijk van de circuitconfiguratie, kunnen actieve hoogdoorlaatfilters de signalen versterken als ze over operationele versterkers beschikken die speciaal voor dat doel zijn opgesteld. De overdrachtsfunctie van een actief hoogdoorlaatfilter van de eerste orde is als volgt:

De amplitude- en faserespons van het systeem is:

Een actief hoogdoorlaatfilter gebruikt weerstanden en condensatoren in serie aan de ingang van het circuit, evenals een weerstand in het ontladingspad naar aarde, om te dienen als feedbackimpedantie. Hier is een voorbeeld van een actief hoogdoorlaat-invertercircuit:

De parameters van de overdrachtsfunctie voor dit circuit zijn:

Tweede orde filters

Filters van de tweede orde worden meestal verkregen door filterverbindingen van de eerste orde in serie te maken, om een ​​meer complexe samenstelling te verkrijgen die het mogelijk maakt om selectief frequenties af te stemmen.

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

Bij het opsplitsen van de teller en noemer van de uitdrukking, hebben we:

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

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

In deze vergelijking is f _o de karakteristieke frequentie van het filter. In het geval van een RLC-circuit (weerstand, inductor en condensator in serie), komt de karakteristieke frequentie van het filter overeen met de resonantiefrequentie van het filter.

De resonantiefrequentie is op zijn beurt de frequentie waarop het systeem zijn maximale oscillatiegraad bereikt.

- ζ is de dempingsfactor. Deze factor bepaalt het vermogen 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 circuitimpedanties, kunnen de actieve filters van de tweede orde zijn: laagdoorlaatfilters, hoogdoorlaatfilters en banddoorlaatfilters.

Toepassingen

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

Deze storingen kunnen worden doorbroken door actieve en passieve filters te combineren en de ingangsimpedanties en RC-instellingen tijdens de montage te variëren.

In elektrische energienetwerken worden actieve filters gebruikt om de harmonischen van de stroom die door het netwerk tussen het actieve filter en het knooppunt voor de opwekking van elektrische energie circuleren, te verminderen.

Evenzo helpen actieve filters om de retourstromen die door de nulleider circuleren, en de harmonischen die verband houden met deze stroomcirculatie en de systeemspanning in evenwicht te brengen.

Bovendien spelen actieve filters een uitstekende rol bij het corrigeren van de arbeidsfactor van onderling verbonden elektrische systemen.

Referenties

1. Actieve filters (sf). Nationale Experimentele Universiteit van Táchira. Staat Táchira, Venezuela. Hersteld van: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Actieve filters: inleiding en toepassingen. Universitat Politècnica de Catalunya, Spanje. Hersteld van: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Actieve filters. Nationale Universiteit van Rosario. Argentinië. Hersteld van: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Circuittheorie II. Simon Bolivar Universiteit. Staat Miranda, Venezuela. Hersteld van: labc.usb.ve
5. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Actief filter. Hersteld van: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2017). Elektronisch filter. Hersteld van: es.wikipedia.org