Filtri attivi

Quali sono i filtri attivi?

IL Filtri attivi Sono quelli che hanno fonti controllate o elementi attivi, come amplificatori operativi, transistor o tubi a vuoto. Attraverso un circuito elettronico, un filtro consente di rispettare la modellazione di una funzione di trasferimento che cambia il segnale di ingresso e fornisce un segnale di uscita in base al design.

La configurazione di un filtro elettronico è generalmente selettivo e i criteri di selezione sono la frequenza del segnale di ingresso. A causa di quanto sopra, a seconda del tipo di circuito (in serie o in parallelo), il filtro consentirà il passaggio di determinati segnali e bloccerà il resto del resto.

In questo modo, il segnale di uscita sarà caratterizzato dall'essere raffinato in base ai parametri di progettazione del circuito che costituisce il filtro.

Caratteristiche dei filtri attivi

- I filtri attivi sono filtri analogici, il che implica che modificano un segnale analogico (ingresso) a seconda dei componenti di frequenza.

- Grazie alla presenza di componenti attivi (amplificatori operativi, tubi a vuoto, transistor, ecc.), Questo tipo di filtri aumenta una sezione o l'intero segnale di uscita, rispetto al segnale di ingresso.

Ciò è dovuto all'amplificazione dell'energia dovuta all'uso di amplificatori operativi (OPAM). Ciò facilita l'ottenimento della risonanza e un fattore di alta qualità, senza utilizzare gli induttori. Da parte sua, il fattore di qualità - noto anche come fattore Q è una misura dell'acuità e dell'efficienza della risonanza.

- I filtri attivi possono combinare componenti attivi e passività. Questi ultimi sono i componenti di base dei circuiti: resistenze, condensatori e induttori.

- I filtri attivi consentono le connessioni a cascata, sono configurati per amplificare i segnali e consentire l'integrazione tra due o più circuiti se necessario.

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- Nel caso in cui il circuito abbia amplificatori operativi, la tensione di uscita del circuito è limitata dalla tensione di saturazione di questi elementi.

- A seconda del tipo di circuito e dei valori nominali delle passività attive e delle passività, il filtro attivo può essere progettato per fornire un'impedenza di input elevata e una piccola impedenza di uscita.

- La produzione di filtri attivi è economica rispetto ad altri tipi di assemblaggi.

- Per funzionare, i filtri attivi richiedono una fonte di alimentazione, preferibilmente simmetrica.

Filtri del primo ordine

I filtri del primo ordine vengono utilizzati per mitigare i segnali che sono al di sopra o al di sotto del grado di rifiuto, in multipli di 6 decibel ogni volta che la frequenza viene raddoppiata. Questo tipo di assiemi è generalmente rappresentato dalla seguente funzione di trasferimento:

Quando il numeratore e il denominatore dell'espressione, devi:

- N (jω) è un polinomio di grado ≤ 1

- T è l'inverso della frequenza angolare del filtro

- W_C È la frequenza angolare del filtro ed è data dalla seguente equazione:

In detta espressione f_C È la frequenza di taglio del filtro.

La frequenza di taglio è quella frequenza limite del filtro per il quale viene indotta un'attenuazione del segnale. A seconda della configurazione del filtro (passaggio basso, passaggio alto, banda pass o elimina le bande), l'effetto del design del filtro è presentato con precisione dalla frequenza di taglio.

Nel caso particolare dei filtri di primo ordine, questi possono essere solo bassi o alti passi.

Filtri del passaggio basso

Questo tipo di filtri consente le frequenze più basse e attenua o sopprime le frequenze superiori alla frequenza di taglio.

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La funzione di trasferimento per i filtri a basso passaggio è la seguente:

L'ampiezza e la risposta di fase di questa funzione di trasferimento sono:

Un filtro di passaggio attivo basso può svolgere la funzione di progettazione utilizzando resistenze di input e scarico del terreno, insieme agli amplificatori operativi e alla resistenza e alle configurazioni dei condensatori in parallelo. Di seguito è riportato un esempio di un fase di circuito attivo sotto l'investitore:

I parametri della funzione di trasferimento per questo circuito sono:

I filtri passano in alto

Da parte loro, i filtri ad alto passaggio hanno un effetto opposto, rispetto ai filtri a basso passaggio. Cioè, questo tipo di filtri attenua le basse frequenze e lascia passare le alte frequenze.

Anche, a seconda della configurazione del circuito, i filtri ad alto passo possono amplificare i segnali se hanno amplificatori operativi appositamente disposti a tale scopo. La funzione di trasferimento di un filtro a fase attivo elevato ad alto contenuto è la seguente:

La risposta in ampiezza e nella fase del sistema è:

Un filtro ad alto passaggio attivo utilizza resistenza e condensatori in serie all'ingresso del circuito, nonché una resistenza sul percorso di messa a terra, per svolgere la funzione di funzione di impedenza di feedback. Di seguito è riportato un esempio di inverter ad alto circuito attivo:

I parametri della funzione di trasferimento per questo circuito sono:

Filtri del secondo ordine

I filtri di secondo ordine vengono generalmente ottenuti quando si effettuano connessioni di filtro di primo ordine in serie, per ottenere un gruppo più complesso che consente le frequenze di sintonia selettiva.

L'espressione generale per la funzione di trasferimento di un filtro del secondo ordine è:

Quando il numeratore e il denominatore dell'espressione, devi:

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- N (jω) è un polinomio di grado ≤ 2.

- W_O È la frequenza angolare del filtro ed è data dalla seguente equazione:

In questa equazione f_O È la frequenza caratteristica del filtro. Nel caso in cui un circuito RLC (resistenza, induttore e condensatore seriale) sia.

A sua volta, la frequenza di risonanza è la frequenza in cui il sistema raggiunge il massimo grado di oscillazione.

- ζ è il fattore di smorzamento. Questo fattore definisce la capacità del sistema di attutire il segnale di ingresso.

A sua volta, dal fattore di smorzamento il fattore di qualità del filtro si ottiene attraverso la seguente espressione:

A seconda della progettazione delle impedenze circuit.

Applicazioni di filtri attivi

I filtri attivi vengono utilizzati nelle reti elettriche al fine di ridurre i disturbi nella rete, a causa della connessione di carichi non lineari.

Questi disturbi possono essere permeati combinando attivi e passività e la variazione delle impedenze di entrata e le configurazioni RC in tutta l'assemblaggio.

Nelle reti elettriche di alimentazione, i filtri attivi vengono utilizzati per ridurre le armoniche di corrente che circolano attraverso la rete tra filtro attivo e nodo di generazione di energia elettrica.

Allo stesso modo, i filtri attivi aiutano a bilanciare le correnti di ritorno che circolano attraverso il neutro e le armoniche associate a questa circolazione corrente e tensione del sistema.

Inoltre, i filtri attivi svolgono un'eccellente funzione per quanto riguarda la correzione del fattore di potenza dei sistemi elettrici interconnessi.