Kompleksowy przewodnik po filtrach (przeczytaj najpierw!)

Treść

  • W tym artykule omówimy kilka podstawowych pojęć związanych z filtrem oraz kilka najczęściej zadawanych pytań
  • Co to jest filtr? definicja filtra
  • Jak działa filtr?
  • Jakie są dostępne typy?
  • Co to są aktywne filtry? Wyjaśnij definicją
  • Co to są filtry pasywne? Wyjaśnij definicją
  • Jakie są punkty konfliktu między aktywnym a pasywnym typy.
  • Co to jest symbol filtra?
  • Przykłady
  • Jakie są zastosowania filtrów w przemyśle optycznym i elektronicznym?
  • Jakie są krzywe odpowiedzi dla najczęściej typy?
  • Co to jest odpowiedź czasowa filtra?
  • Co to jest pasmo przenoszenia filtra?
  • Co to jest kolejność filtra?
  • Czym różni się wyjście pierwszego rzędu z filtrem drugiego rzędu?
  • Co to jest częstotliwość narożna, częstotliwość odcięcia, częstotliwość przerwy
  • Co to jest przepustowość (BW)?
  • Co to jest częstotliwość rezonansowa?
  • Co to są filtry rezonansowe
  • Co to są filtry idealne i prawdziwe?

Co to jest filtr?

"Filtr jest siecią selektywną pod względem częstotliwości, składającą się z czterech terminali z elementami reaktywnymi do przesyłania częstotliwości o określonym zakresie."

  • Nazywa się pasmo częstotliwości przez nie transmitowane Pasmo przepustowe.
  • Pasmo częstotliwości, które jest przez nie tłumione, nazywane jest tłumieniem Zatrzymanie pasma.

Filtry są dwojakiego rodzaju - analogowe cyfrowe. Teraz, w oparciu o użyte komponenty, są one dwojakiego rodzaju - typy aktywne i typy pasywne.

Poniższy obraz przedstawia schemat aktywnych typy(jeden z bardzo popularnych i ważnych typów).

Obwód filtra: aktywny filtr
Obwód filtra: typ aktywny

Wiedzieć o aktywnych typach górnoprzepustowych. Kliknij tutaj!

Charakterystyka aktywnego filtra

Jak sugerują tytuły, pliki rodzajsą wykonane z aktywnych składników. Niektóre z aktywnych tranzystorów to - tranzystory (BJT, FET), wszelkie inne urządzenia elektroniczne, które mogą wzmacniać sygnał lub wytwarzać moc.

Jeśli zachodzi potrzeba zwiększenia cech, poszczególne etapy łączy się w określony lub określony sposób.

Jak zaprojektować aktywny filtr dolnoprzepustowy?

Aby zaprojektować plik aktywny typymożemy użyć IC741, wzmacniacza operacyjnego, skonfigurowanego z 8 pinami. Wzmacniacz operacyjny ma być zasilany prądem stałym wraz z rezystorami i kondensatorami o różnych wartościach.

Filtry pasywne

Pasywny typy są zaprojektowane przy użyciu urządzeń pasywnych.

FILTR PASYWNY

Wiedzieć o zastosowaniach aktywnych typów górnoprzepustowych. Kliknij tutaj!

Porównanie aktywnego i pasywnego typy

Typ aktywny może mieć tę zaletę, że zwiększa dostępną moc sygnału w porównaniu z wejściem. Natomiast pasywny rozprasza energię z sygnału. Dla różnych zakresów częstotliwości, takich jak częstotliwości dźwięku i poniżej, aktywny rodzaj może realizować określoną funkcję przenoszenia bez użycia cewek indukcyjnych, które są stosunkowo dużymi i kosztownymi komponentami w przeciwieństwie do rezystorów i kondensatorów, a ich wytworzenie jest droższe przy istotnej wysokiej jakości i dokładnych wartościach.

Liczne etapy mogą być połączone kaskadowo, gdy chce się wzmocnić cechy. Dla porównania, układ wielostopniowych pasywnych blokerów musi uwzględniać zależne od częstotliwości obciążenie poprzedniego etapu każdej fazy. Ponieważ cewki indukcyjne nie są używane, można je uzyskać w naprawdę kompaktowych wymiarach.

  • Typ pasywny cierpi na tłumienie sygnałów. Istnieją różne sposoby; jedną z popularnych metod kontroli lub przywracania jest użycie wzmocnienia poprzez aplikacje typu Active. Głównym punktem konfliktu między typem aktywnym i pasywnym jest „wzmocnienie”.
  • W porównaniu z pasywnym, aktywny typ składa się z aktywnych elementów we wzmacniaczach operacyjnych, tranzystorylub FET w ramach projektu obwodu, jak opisano we wcześniejszych sekcjach. Komponenty te pobierają energię z zewnętrznego źródła zasilania i wykorzystują je do wzmocnienia wyjścia. To dodatkowa zaleta w porównaniu z pasywną.

Znajomość aktywnych typów dolnoprzepustowych. Kliknij tutaj!

Dlaczego przy niskich częstotliwościach potrzebny jest aktywny filtr?

  • Typ aktywny jest potrzebny przy niższych częstotliwościach, ponieważ pomaga osiągnąć niską impedancję wyjściową, zapewniając jednocześnie wysoką impedancję wejściową. Stabilizuje również różne zakresy częstotliwości, ponieważ można z nim kaskadować wiele stopni.

Różnica między typami aktywnymi i pasywnymi

AKTYWNE VS PASYWNE 1

Wiedzieć o zastosowaniach aktywnych typów dolnoprzepustowych. Kliknij tutaj!

Można je podzielić na kategorie i podkategorie z kilku punktów widzenia. Najczęstsze podziały i podpodziały są typu aktywnego lub pasywnego; górnoprzepustowy dolnoprzepustowy, pasmowoprzepustowy, pasmowo-odrzucający / wycinający lub wieloprzepustowy; cyfrowe lub analogowe z czasem dyskretnym lub ciągłym; typ liniowy lub nieliniowy; nieskończona odpowiedź impulsowa (IIR) lub skończona odpowiedź impulsowa (FIR) i tak dalej.

Przykłady:

Typ aktywnysi Typ pasywnySą zaprojektowane do modyfikowania określonego pasma częstotliwości w pożądany sposób. Mają różne typy w zależności od ich potrzeb. Kategorie podano poniżej.

  • Typy dolnoprzepustowe (LPF)
  • Typy górnoprzepustowe (HPF)
  • Typy pasm przepustowych (BPF)
  • Typy odrzucania / zatrzymywania taśmy (BSF)

Aplikacje:

Obecnie są wykorzystywane w wielu zastosowaniach układu elektronicznego, a ich zastosowania są ogromne. Co więcej, można poprawić wzmocnienie obwodu, używając różnych filtrów na różne sposoby, zarówno aktywnych, jak i pasywnych, szczególnie w typach aktywnych. Typy aktywne używają wzmacniaczy i wiemy, że pomaga to zwiększyć wzmocnienie. W tym artykule omówimy dwa typy, takie jak dolnoprzepustowy, górnoprzepustowy z odpowiednimi diagramami i symulowanymi kształtami fali dla stanu aktywnego i pasywnego w kolejnych sekcjach, z uwzględnieniem znaczenia wyższego rzędu w HPF i LPF.

W elektronice niektóre zastosowania są następujące:

  • W systemie komunikacji radiowej do strojenia radia na określoną częstotliwość: Służą one do umożliwienia odbiornikom radiowym tylko „zobaczenia” lub „wykrycia” żądanego sygnału i odrzucenia wszystkich innych sygnałów, przyjmując ich inną częstotliwość sygnału. Dzięki temu można odbierać sygnały wolne od szumów. Typy pasm o wysokiej częstotliwości są używane do wyboru kanałów w centralnych biurach telefonicznych.
  • Projekt zasilacza: Służą do usuwania szumów lub wysokich częstotliwości zwykle obecnych na liniach wejściowych prądu przemiennego. Są one również stosowane w celu zmniejszenia tętnienia.
  • Konwersja analogowo-cyfrowa (ADC): Są one wykorzystywane w większości wejść ADC w celu zminimalizowania aliasingu.
  • modyfikować obrazy cyfrowe: Może być również używany do modyfikowania obrazów cyfrowych.
  • Analiza danych: Są również bardzo pomocne w usuwaniu określonych częstotliwości w analizie danych.

Pasmo przenoszenia i odpowiedź czasowa:

Dziedzina czasu odnosi się do zmiany amplitudy sygnału w stosunku do czasu. Natomiast w dziedzinie częstotliwości Częstotliwość odnosi się do wystąpienia zdarzenia w danym okresie.

1920px Bandform szablon.svg
Odpowiedź częstotliwościowa różnego typu
Kredyt obrazu: SpinningSpark real life identity: SHA-1 commitment ba62ca25da3fee2f8f36c101994f571c151abee7, Szablon bandformyCC BY-SA 3.0

Co to jest przepustowość (BW)?

W przypadku filtrów szerokość pasma to różnica między górnym i dolnym punktem -3 dB.

Na przykład, jeśli filtr pasmowoprzepustowy ma punkty odcięcia -3 dB i jest ustawiony na 200 Hz i 600 Hz, wówczas szerokość pasma filtru będzie wynosić = (BW) = 600-200 = 400 Hz.

Co masz na myśli mówiąc o Q Factor?

Współczynnik Q jest wyrażony stosunkiem częstotliwości rezonansowej do BW.

Q = 2 * π * (maksymalna ilość zmagazynowanej energii) / (energia rozpraszana na cykl)

KOREKTOR WSPÓŁCZYNNIKA Q 1
KOREKTOR WSPÓŁCZYNNIKA Q 2

Większa wartość Q oznacza, że ​​filtr jest bardziej selektywny ponieważ współczynnik Q jest parametrem, który ocenia selektywność.

Częstotliwość rezonansowa

Częstotliwość rezonansowa jest po prostu podana przez częstotliwość danego obwodu rezonansowego. Obwód rezonansowy jest również powszechnie znany jako obwód zbiornika lub obwód LC. Obwód rezonansowy jest zaprojektowany przy użyciu równolegle umieszczonych cewek indukcyjnych oraz kondensatorów i rezystorów.

CKT CZĘSTOTLIWOŚCI REZONANOWEJ
Równoległy obwód rezonansowy

 Oscylacja układu jest określona następującym równaniem -

RÓWNANIE CZĘSTOTLIWOŚCI REZONANOWEJ

Gdzie,

f = częstotliwość w hercach

L = Indukcyjność w Henryku

C = pojemność w Faradach

Zamówienia filtrów

Filtry wyższego rzędu zapewniały lepsze współczynniki przechodzenia między pasmem przepustowym a pasmem zatrzymania. Filtry wyższego rzędu są również wymagane, aby osiągnąć wymagany poziom tłumienia lub ostrości odcięć.

Typ aktywny i typ pasywny mają również zróżnicowanie w różnych typach zamówień, takich jak:

  • Aktywne typy dolnoprzepustowe pierwszego rzędu, aktywne górnoprzepustowe pierwszego rzędu typy, Aktywne pasmo przenoszenia pierwszego rzędu typy, Pasmo pierwszego rzędu przestaje być aktywne typy.
  • Dolnoprzepustowy drugiego rzędu aktywny typy, Górnoprzepustowy drugiego rzędu aktywny typy, Pasmo drugiego rzędu aktywne typy, Pasmo drugiego rzędu przestaje być aktywne typy.

Poniżej przedstawiono pasmo przenoszenia drugiego rzędu -

Filtr drugiego rzędu 2
Pasmo przenoszenia drugiego rzędu

Typ idealny i typ rzeczywisty:

Czasami, w celu uproszczenia, często używamy aktywnych filtrów do przybliżonych sposobów. Później są one modyfikowane i określane jako „filtr idealny”. Filtry, które działają w rzeczywistości, biorąc pod uwagę wszystkie możliwe czynniki, są rzeczywiste.

Więcej o elektronice kliknij tutaj