פילטרים פעילים הם אלה שיש להם מקורות מבוקרים או אלמנטים פעילים, כמו מגברים תפעוליים, טרנזיסטורים או צינורות ואקום. באמצעות מעגל אלקטרוני מאפשר פילטר לבצע דוגמנות של פונקציית העברה המשנה את אות הקלט ומעניק אות פלט בהתאם לתכנון.
התצורה של פילטר אלקטרוני היא בדרך כלל סלקטיבית וקריטריון הבחירה הוא התדר של אות הקלט. בשל האמור לעיל, תלוי בסוג המעגל (בסדרה או במקביל) המסנן יאפשר מעבר של אותות מסוימים ויחסום את מעבר השאר.
באופן זה, אות הפלט יאופיין בכך שהוא מעודן בהתאם לפרמטרים העיצוביים של המעגל המהווה את המסנן.
מאפיינים
- פילטרים פעילים הם פילטרים אנלוגיים, מה שאומר שהם משנים אות אנלוגי (קלט) כפונקציה של רכיבי התדר.
- בזכות נוכחותם של רכיבים פעילים (מגברים תפעוליים, צינורות ואקום, טרנזיסטורים וכו '), פילטר מסוג זה מגדיל קטע או את אות הפלט כולו, ביחס לאות הכניסה.
זה נובע מהגברת הכוח באמצעות מגברים תפעוליים (OPAMS). זה מקל על השגת תהודה וגורם איכותי ללא צורך להשתמש במשרנים. גורם האיכות - הידוע גם כגורם Q - הוא מדד לחדות ויעילות התהודה.
- פילטרים פעילים יכולים לשלב רכיבים פעילים ופאסיביים. האחרונים הם המרכיבים הבסיסיים במעגלים: נגדים, קבלים ומשרנים.
- פילטרים פעילים מאפשרים חיבורים מדורגים, מוגדרים להגברה של אותות ומאפשרים שילוב בין שני מעגלים או יותר במידת הצורך.
- במקרה שלמעגל יש מגברים תפעוליים, מתח היציאה של המעגל מוגבל על ידי מתח הרוויה של אלמנטים אלה.
- בהתאם לסוג המעגל, ודירוגיהם של האלמנטים הפעילים והפסיביים, ניתן לתכנן את המסנן הפעיל לספק עכבה קלט גבוהה ו עכבת פלט קטנה.
- ייצור פילטרים פעילים הוא חסכוני בהשוואה לסוגים אחרים של מכלולים.
- להפעלה, מסננים פעילים דורשים ספק כוח, רצוי סימטרי.
מסנני סדר ראשון
מסננים ממדרגה ראשונה משמשים בכדי להחליש אותות הנמצאים מעל או מתחת לדרגת הדחייה, בכפולות של 6 דציבלים בכל פעם שתכפילה התדר. הגדרה מסוג זה מיוצגת בדרך כלל על ידי פונקציית ההעברה הבאה:
כאשר מפרקים את המונה והמכנה של הביטוי, יש לנו:
- N (jω) הוא פולינום בדרגה ≤ 1
- t הוא ההיפוך של התדר הזוויתי של המסנן
- W c הוא התדר הזוויתי של המסנן, וניתן על ידי המשוואה הבאה:
בביטוי זה f c הוא תדר הניתוק של המסנן.
תדר הניתוק הוא תדר הגבול של המסנן שעבורו נוצר הנחתה של האות. בהתאם לתצורת המסנן (מעבר נמוך, מעבר גבוה, מעבר פס או ביטול רצועות), ההשפעה של עיצוב המסנן מוצגת בדיוק מתדירות הניתוק.
במקרה הספציפי של מסנני סדר ראשון, אלה יכולים להיות רק מעבר נמוך או גבוה.
מסנני מעבר נמוך
סוג זה של פילטר מאפשר לתדרים הנמוכים לעבור דרכו, ומפחית או מדכא תדרים מעל לתדר הניתוק.
פונקציית ההעברה של מסנני המסרים הנמוכים היא כדלקמן:
משרעת התגובה והפאזה של פונקציית העברה זו היא:
פילטר פעיל עם מעבר נמוך יכול למלא את פונקציית העיצוב באמצעות נגדי כניסה והארקה, יחד עם מגברי אופציה ותצורות קבלים מקבילים ונגד. להלן דוגמה למעגל מהפך פעיל נמוך לעבור:
הפרמטרים של פונקציית ההעברה למעגל זה הם:
פילטרים גבוהים לעבור
מצדם, למסנני מעבר גבוהים יש השפעה הפוכה, בהשוואה למסנני מעבר נמוכים. במילים אחרות, סוג זה של פילטר מקטין את התדרים הנמוכים ומאפשר לתדרים הגבוהים לעבור.
אפילו, בהתאם לתצורת המעגל, מסנני מעבר גדולים פעילים יכולים להגביר את האותות אם יש להם מגברים תפעוליים המסודרים במיוחד למטרה זו. פונקציית ההעברה של מסנן מסנני דרך פעיל גבוה מהסדר הראשון היא כדלקמן:
משרעת התגובה והפאזה של המערכת היא:
פילטר פעיל גבוה לעבור מעסיק נגדים וקבלים בסדרות בכניסה של המעגל, כמו גם נגדי בנתיב הפריקה לקרקע, כדי לשמש עכבת משוב. להלן דוגמא למעגל מהפך פעיל גבוה לעבור:
הפרמטרים של פונקציית ההעברה למעגל זה הם:
מסנני סדר שני
מסננים מסדר שני מתקבלים בדרך כלל על ידי יצירת חיבורי סינון מסדר ראשון בסדרות, לקבלת מכלול מורכב יותר המאפשר לכוונן תדרים באופן סלקטיבי.
הביטוי הכללי לפונקציית ההעברה של מסנן מסדר שני הוא:
כאשר מפרקים את המונה והמכנה של הביטוי, יש לנו:
- N (jω) הוא פולינום בדרגה ≤ 2.
- W o הוא התדר הזוויתי של הפילטר, והוא ניתן על ידי המשוואה הבאה:
במשוואה זו f o הוא התדר האופייני של המסנן. במקרה שיש מעגל RLC (התנגדות, משרן וקבל בסדרה), התדר האופייני של המסנן תואם לתדר התהודה של המסנן.
בתורו, התדר התהודה הוא התדר בו המערכת מגיעה לדרגת התנודה המרבית שלה.
- ζ הוא גורם הדיכאון. גורם זה מגדיר את יכולת המערכת להרטיב את אות הקלט.
בתורו, מגורם הדיבוי, גורם איכות הסינון מתקבל באמצעות הביטוי הבא:
בהתאם לעיצוב עכבות המעגל, המסננים הפעילים בסדר השני יכולים להיות: מסנני מעבר נמוכים, מסנני מעבר גבוהים ומסנני מעבר פס.
יישומים
מסננים פעילים משמשים ברשתות חשמל על מנת להפחית הפרעות ברשת, בגלל חיבור של עומסים לא לינאריים.
ניתן לחלחל להפרעות אלה על ידי שילוב של פילטרים פעילים ופסיביים, וכן עכבות קלט שונות והגדרות RC לאורך ההרכבה.
ברשתות החשמל החשמליות משתמשים במסננים פעילים להפחתת ההרמוניות של הזרם המסתובב ברשת בין המסנן הפעיל לצומת ייצור החשמל.
באופן דומה, המסננים הפעילים עוזרים לאזן את זרמי ההחזרה המסתובבים דרך הנייטרל, ואת ההרמוניות הקשורות לזרימת זרם זו ולמתח המערכת.
בנוסף, מסננים פעילים ממלאים תפקיד מצוין בתיקון גורם ההספק של מערכות חשמל מחוברות זה לזה.
הפניות
- פילטרים פעילים (sf). האוניברסיטה הניסוי הלאומית בטצ'ירה. מדינת טצ'ירה, ונצואלה. התאושש מ: unet.edu.ve
- למיץ ', מ' (2001). מסננים פעילים: מבוא ויישומים. Universitat Politècnica de Catalunya, ספרד. התאושש מ: crit.upc.edu
- Miyara, F. (2004). פילטרים פעילים. האוניברסיטה הלאומית של רוסאריו. ארגנטינה. התאושש מ: fceia.unr.edu.ar
- גימנז, M (sf). תורת המעגלים II. אוניברסיטת סיימון בוליבר. מדינת מירנדה, ונצואלה. התאושש מ: labc.usb.ve
- ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2017). פילטר פעיל. התאושש מ: es.wikipedia.org
- ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2017). פילטר אלקטרוני. התאושש מ: es.wikipedia.org