FILTRE ACTIVE: CARACTERISTICI, PRIMA ȘI A DOUA ORDINE - TEHNOLOGIE - 2025

Filtrele active sunt cele care au surse controlate sau elemente active, cum ar fi amplificatoare operaționale, tranzistoare sau tuburi de vid. Printr-un circuit electronic, un filtru permite realizarea modelării unei funcții de transfer care schimbă semnalul de intrare și dă un semnal de ieșire conform proiectului.

Configurația unui filtru electronic este de obicei selectivă, iar criteriul de selecție este frecvența semnalului de intrare. Datorită celor de mai sus, în funcție de tipul de circuit (în serie sau în paralel) filtrul va permite trecerea anumitor semnale și va bloca trecerea restului.

În acest fel, semnalul de ieșire va fi caracterizat prin a fi rafinat în funcție de parametrii de proiectare a circuitului care constituie filtrul.

caracteristici

- Filtrele active sunt filtre analogice, ceea ce înseamnă că modifică un semnal analogic (de intrare) în funcție de componentele de frecvență.

- Datorită prezenței componentelor active (amplificatoare operaționale, tuburi de vid, tranzistoare etc.), acest tip de filtru crește o secțiune sau întregul semnal de ieșire, în raport cu semnalul de intrare.

Acest lucru se datorează amplificării puterii prin utilizarea amplificatoarelor operaționale (OPAMS). Acest lucru face mai ușoară obținerea rezonanței și un factor de înaltă calitate, fără a fi nevoie să folosiți inductorii. La rândul său, factorul de calitate - cunoscut și sub denumirea de factor Q - este o măsură a acuității și a eficienței rezonanței.

- Filtrele active pot combina componente active și pasive. Acestea din urmă sunt componentele de bază ale circuitelor: rezistențe, condensatoare și inductoare.

- Filtrele active permit conexiunile în cascadă, sunt configurate pentru a amplifica semnalele și permit integrarea între două sau mai multe circuite, dacă este necesar.

- În cazul în care circuitul are amplificatoare operaționale, tensiunea de ieșire a circuitului este limitată de tensiunea de saturație a acestor elemente.

- În funcție de tipul de circuit și de evaluările elementelor active și pasive, filtrul activ poate fi proiectat pentru a asigura o impedanță mare de intrare și o mică impedanță de ieșire.

- Fabricarea filtrelor active este economică în comparație cu alte tipuri de ansambluri.

- Pentru a funcționa, filtrele active necesită o alimentare, de preferință simetrică.

Filtre de primă comandă

Filtrele de primă ordine sunt utilizate pentru atenuarea semnalelor care sunt peste sau sub gradul de respingere, în multipli de 6 decibeli de fiecare dată când frecvența este dublată. Acest tip de configurare este de obicei reprezentat de următoarea funcție de transfer:

Când descompunem numărătorul și numitorul expresiei, avem:

- N (jω) este un polinom de grad ≤ 1

- t este inversul frecvenței unghiulare a filtrului

- W _c este frecvența unghiulară a filtrului și este dată de următoarea ecuație:

În această expresie f _c este frecvența de întrerupere a filtrului.

Frecvența de întrerupere este frecvența limită a filtrului pentru care este atrasă o atenuare a semnalului. În funcție de configurația filtrului (trecere mică, trecere mare, trecere de bandă sau eliminarea benzilor), efectul designului filtrului este prezentat tocmai din frecvența de întrerupere.

În cazul particular al filtrelor de primă comandă, acestea pot fi doar trepte mici sau trepte mari.

Filtre de trecere mică

Acest tip de filtru permite să treacă frecvențele inferioare și să atenueze sau să suprime frecvențele peste frecvența de întrerupere.

Funcția de transfer pentru filtrele low-pass este următoarea:

Amplitudinea și răspunsul de fază al acestei funcții de transfer este:

Un filtru activ low-pass poate îndeplini funcția de proiectare folosind rezistențe de intrare și împământare, împreună cu op-amperi și configurații paralele de condensator și rezistență. Mai jos este un exemplu de circuit activ inversor de trecere mică:

Parametrii funcției de transfer pentru acest circuit sunt:

Filtre de trecere mare

La rândul lor, filtrele de trecere mare au efectul opus, în comparație cu filtrele de trecere mică. Cu alte cuvinte, acest tip de filtru atenuează frecvențele joase și lasă să treacă frecvențele înalte.

Chiar și, în funcție de configurația circuitului, filtrele active cu trecere mare pot amplifica semnalele dacă au amplificatoare operaționale special amenajate în acest scop. Funcția de transfer a unui filtru pasiv activ de primă ordine este următoarea:

Amplitudinea și răspunsul de fază al sistemului este:

Un filtru activ de trecere mare folosește rezistențe și condensatoare în serie la intrarea circuitului, precum și o rezistență în calea de descărcare către pământ, pentru a servi drept impedanță de feedback. Iată un exemplu de circuit activ inversor de trecere mare:

Parametrii funcției de transfer pentru acest circuit sunt:

Filtre de ordinul doi

Filtrele de ordinul doi se obțin de obicei prin realizarea conexiunilor de filtre de primă ordine în serie, pentru a obține un ansamblu mai complex care permite să ajusteze selectiv frecvențele.

Expresia generală pentru funcția de transfer a unui filtru de ordinul doi este:

Când descompunem numărătorul și numitorul expresiei, avem:

- N (jω) este un polinom de grad ≤ 2.

- W _o este frecvența unghiulară a filtrului și este dată de următoarea ecuație:

În această ecuație f _o este frecvența caracteristică a filtrului. În cazul în care există un circuit RLC (rezistență, inductor și condensator în serie), frecvența caracteristică a filtrului se potrivește cu frecvența rezonantă a filtrului.

La rândul său, frecvența rezonantă este frecvența la care sistemul atinge gradul său maxim de oscilație.

- ζ este factorul de amortizare. Acest factor definește capacitatea sistemului de a amortiza semnalul de intrare.

La rândul său, din factorul de amortizare, factorul de calitate al filtrului este obținut prin următoarea expresie:

În funcție de proiectarea impedanțelor circuitului, filtrele active de ordinul doi pot fi: filtre de trecere joasă, filtre de trecere înalte și filtre de trecere de bandă.

Aplicații

Filtrele active sunt utilizate în rețelele electrice pentru a reduce perturbațiile din rețea, datorită conectării încărcărilor neliniare.

Aceste tulburări pot fi pătrundute prin combinarea filtrelor active și pasive, precum și variate impedanțe de intrare și setări RC în întregul ansamblu.

În rețelele electrice de putere, filtrele active sunt utilizate pentru a reduce armonicile de curent care circulă prin rețea între filtrul activ și nodul de generare a energiei electrice.

De asemenea, filtrele active ajută la echilibrarea curenților de întoarcere care circulă prin neutru și armonicile asociate cu acest curent de curent și cu tensiunea sistemului.

În plus, filtrele active joacă un rol excelent în corectarea factorului de putere al sistemelor electrice interconectate.

Referințe

1. Filtre active (sf). Universitatea Experimentală Națională din Táchira. Statul Táchira, Venezuela. Recuperat din: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Filtre active: introducere și aplicații. Universitat Politècnica de Catalunya, Spania. Recuperat din: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Filtre active. Universitatea Națională din Rosario. Argentina. Recuperat din: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Teoria circuitului II. Universitatea Simon Bolivar Miranda State, Venezuela. Recuperat din: labc.usb.ve
5. Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2017). Filtru activ. Recuperat de la: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2017). Filtru electronic. Recuperat de la: es.wikipedia.org