The pasovni filter omogoča, da se signali podajajo med dvema določenima frekvencama, čeprav ločuje te signale na drugih frekvencah. Te vrste pasovnih filtrov so na voljo v različnih vrstah; nekatere zasnove pasovnega filtra so izdelane z zunanjim napajanjem in aktivnimi komponentami, kot so; tranzistorji in integrirana vezja, ki se imenujejo aktivni BPF. Podobno nekateri filtri uporabljajo kateri koli vir energije in pasivne komponente, kot so induktorji in kondenzatorji, imenovani pasivni BPF. Ti filtri se uporabljajo v brezžičnih oddajnikih in sprejemnikih.
BPF v oddajniku se uporablja za omejevanje pasovne širine izhodnega signala na najmanj zahtevano raven in prenos podatkov z idealno hitrostjo in obliko. Podobno ta filter v sprejemniku omogoča dekodiranje signalov znotraj želenega frekvenčnega nivoja, medtem ko je odsoten od signalov na nepotrebnih frekvencah. Razmerje S/N sprejemnika je optimizirano s pasovnim filtrom. Ta članek vsebuje kratke informacije o aktivni pasovni filter .
Kaj je aktivni pasovni filter?
Vrsta pasovnega filtra, ki uporablja aktivne komponente, kot je operacijski ojačevalnik , skupaj z upori in kondenzatorji, ki tvorijo filter, je znan kot aktivni pasovni filter. Ti pasovni filtri poleg filtriranja ojačajo vhodni signal, čeprav potrebujejo zunanji vir napajanja.
Ta pasovni filter je zasnovan s kaskadnim združevanjem HPF, ojačevalnika in LPF, kot je prikazano na spodnji sliki. Ojačevalno vezje med HPF in LPF zagotavlja izolacijo in zagotavlja skupno povečanje napetosti. Vrednosti mejne frekvence obeh filtrov je treba vzdrževati z najmanjšimi spremembami. Če je ta razlika izjemno majhna, potem obstaja možnost interakcije med nizkoprepustnimi in visokoprepustnimi stopnjami. Zato je potrebno ojačevalno vezje. imeti prave ravni teh mejnih frekvenc.
Načelo delovanja aktivnega pasovnega filtra
Aktivni pasovni filter deluje tako, da duši frekvence nad ali pod razponom frekvenc (tj. pasovni pas ali pasovna širina filtra). Vsak signal s frekvenco v tem območju pasovnega prehoda preprosto gre skozi filter. Vsaka frekvenca, ki je zunaj pasovnega pasu, se zmanjša ali oslabi.
Zasnova aktivnega pasovnega filtra
Vezje aktivnega pasovnega filtra je prikazano spodaj. To vezje je mogoče oblikovati s kaskadnim povezovanjem posameznih nizkopasovnih in visokoprepustnih pasivnih filtrov skupaj. Omogoča filter z nizkim 'faktorjem kakovosti', ki vsebuje širok prepustni pas. Primarna stopnja aktivnega pasovnega filtra je visokoprepustna stopnja, ki uporablja kondenzator za blokiranje kakršnih koli prednapetosti enosmernega toka iz glavnega vira.
Prednost te zasnove vezja je ustvarjanje dokaj ravnega asimetričnega frekvenčnega odziva pasu skozi eno polovico, ki označuje nizkoprepustni odziv, medtem ko preostala polovica označuje visokoprepustni odziv.
Višja kotna točka 'ƒH' in nižja kotna mejna točka 'ƒL' se izračunata enako kot prej v običajnih vezjih LPF in HPF prvega reda.
Med obema mejnima točkama je potrebna razumna ločitev, da se izognemo kakršni koli interakciji med stopnjama LPF in HPF. Ojačevalnik pomaga pri zagotavljanju izolacije med dvema stopnjama filtra, da se opiše skupni napetostni dobiček filtrskega vezja. Zato je pasovna širina filtra razlika med višjimi in nižjimi točkami -3dB. Normaliziran frekvenčni odziv in fazni zamik aktivnega BPF bosta naslednja.
Frekvenčni odziv
Ko zgornje pasivno nastavljeno filtrirno vezje deluje kot BPF, je lahko pasovna širina precej široka. To je lahko težava, če želimo frekvence ločiti z majhnim pasom. Aktivni pasovni filter je mogoče oblikovati tudi z invertnim operacijskim ojačevalnikom.
Tako lahko z reorganizacijo položajev uporov in kondenzatorjev v filtru ustvarimo veliko boljše vezje filtra. Spodnja mejna točka -3dB je določena z 'ƒC1' za aktivni BPF, medtem ko je višja mejna točka -3dB določena z 'ƒC2'.
Zgornji filter ima dve srednji frekvenci HPF in LPF. The visokoprepustni filter središčna frekvenca mora biti nižja v primerjavi s srednjo frekvenco LPF.
Osrednja frekvenca BPF je geometrična sredina zgornje in spodnje mejne frekvence, kot je; fr2 = fH x fL.
Dobiček aktivnega BPF je 20 log (Vout/Vin) dB/dekado.
Amplitudni odziv je povezan z odzivoma LPF in HPF. Odzivna krivulja je v glavnem odvisna od vrstnega reda kaskadnega filtra.
Q faktor
Celotna širina dejanskega prepustnega pasu med zgornjo in spodnjo kotno točko -3dB aktivnega pasovnega filtra določa Q-faktor vezja. Vrednost faktorja Q je nižja, kot je pasovna širina filtra širša. Posledično je faktor Q višji, filter pa ožji.
Včasih je faktor Q aktivnega pasovnega filtra označen z grškim simbolom 'α' in se imenuje frekvenca vrha alfa.
α = 1/Q
Ker se 'Q' aktivnega BPF nanaša na 'ostrino' odziva filtra okoli njegove 'ƒr' (centralne resonančne frekvence), ga lahko poznamo tudi kot faktor (ali) koeficient dušenja, ker ima filter več dušenja, potem ima filter bolj raven odziv. Filter ima manj dušenja, odziv filtra je ostrejši.
Razmerje dušenja je označeno z grškim simbolom 'ξ'.
ξ = a/2
Faktor kakovosti aktivnega pasovnega filtra je razmerje med ƒr (resonančno frekvenco) in BW (pasovno širino) med višjimi in nižjimi frekvencami -3dB.
Vrste aktivnih pasovnih filtrov
Obstajata dve vrsti aktivnih pasovnih filtrov; širokopasovni filter in ozkopasovni filter, ki sta obravnavana spodaj.
Širokopasovni filter
Če je vrednost faktorja kakovosti (Q) pod deset, je prepustni pas širok in potem nam daje večjo pasovno širino. Ta BPF je torej znan kot širokopasovni filter. V širokopasovnem filtru mora biti visoka mejna frekvenca večja v primerjavi s spodnjo mejno frekvenco.
Najprej gre signal skozi HPF, izhodni signal tega filerja se nagiba k neskončnosti, ki se na koncu poda LPF. Ta LPF bo nizko prepusten signal višje frekvence.
Kadarkoli je HPF kaskadiran skozi LPF, je mogoče pridobiti preprost BPF. Za razumevanje tega filtra mora biti vrstni red tokokrogov LPF in HPF podoben.
Kaskadno povezovanje enega LPF prvega reda in HPF nam zagotovi BPF drugega reda. S kaskado dveh LPF-jev prvega reda z dvema HPF-jema se tvori BPF četrtega reda.
Zaradi tega kaskadiranja daje vezje nizko vrednost faktorja kakovosti. Kondenzator znotraj HPF prvega reda blokira kakršno koli prednapetost enosmernega toka iz signala i/p.
Pri obeh zapornih pasovih je ojačenje ± 20 dB na desetletje v primeru filtra drugega reda. LPF in HPF morata biti samo v prvem vrstnem redu.
Podobno, kadar koli sta filtra v drugem redu, je padec ojačanja na obeh končnih pasovih približno ± 40 dB/dekado.
Izraz:
Izraz za ojačanje napetosti pasovnega filtra je podan kot:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
Doseže se s posameznimi ojačanji tako LPF kot HPF, zato sta oba ojačanja filtra podana kot;
Povečanje napetosti za HPF
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Povečanje napetosti za LPF
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
Kjer je 'Amax1' ojačanje stopnje HPF & 'Amax2; je dobiček stopnje LPF.
Spodaj je prikazan odziv širokopasovnega filtra.
Ozkopasovni filter
Če je vrednost faktorja kakovosti višja od deset, bo prepustni pas ozek in tudi pasovna širina prepustnega pasu je manjša. Zato je ta filter znan kot ozkopasovni filter.
Ta filter uporablja samo eno aktivno komponento, kot je operacijski ojačevalnik, namesto dveh. Operacijski ojačevalnik, uporabljen v tem vezju, je v invertni konfiguraciji. Dobiček operacijskega ojačevalnika v tem filtru je največji pri srednji frekvenci 'fc'.
Vezje ozkopasovnega filtra je prikazano spodaj. Vhod je zagotovljen v invertni vhodni terminal operacijskega ojačevalnika, potem je operacijski ojačevalnik znan kot invertirajoča konfiguracija. To ozko vezje BPF daje ozek odziv BPF.
Povečanje napetosti tega filtrirnega vezja je AV = – R2 / R1
Mejne frekvence tega filtrskega vezja so;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Prednosti in slabosti
The prednosti aktivnega pasovnega filtra vključujejo naslednje.
- Ta filter pomaga pri pošiljanju ali oddajanju signala želenega frekvenčnega območja in tako pomaga pri varčevanju z energijo.
- Ta pasovni filter pomaga pri filtriranju signalov med dvema frekvenčnima območjema.
Slabosti aktivnih pasovnih filtrov vključujejo naslednje.
- Aktivni pasovni filter omogoča prehod le želenega obsega frekvenc.
- Lahko so preveč omejevalni, zlasti kadar se uporabljajo z ozko pasovno širino. Posledica tega je izguba znatne frekvenčne vsebine, zaradi česar je zvok votel ali tanek.
- Ti filtri so dragi.
- Ti filtri imajo zapleten nadzorni sistem.
- Imajo omejen razpon frekvence.
Aplikacije
Aplikacije aktivnih pasovnih filtrov vključujejo naslednje.
- Aktivni pasovni filter se uporablja v številnih optičnih aplikacijah, kot so; satelitske komunikacije, telekomunikacije in prenos podatkov v svetlobni modulaciji.
- Ti filtri se uporabljajo v avdio opremi za izolacijo frekvenc, ki so v slišnem območju od 20 Hz do 20 kHz.
- Aktivni BPF se uporablja v brezžičnih komunikacijskih sistemih za filtriranje neželenih signalov in šuma za izboljšanje odličnosti komunikacije.
- Ti filtri se uporabljajo pri uglaševanju in zaklepanju načina visoke hitrosti obročnih laserjev EDF.
- Ta tip BPF se uporablja za izravnavo o/p spektra super fluorescenčnih virov EDF.
- Ta filter se uporablja v oddajniku in sprejemniku signala v brezžičnem komunikacijskem sistemu.
- Ti se uporabljajo v trenutnih avdio sistemih, kot so stereo sistem, sistemi porazdeljenih zvočnikov, sistem Dolby Music itd.
- Ta vrsta filtra se uporablja za nadzor frekvence v tokokrogih zvočnega izenačevalnika, LASER, LIDAR & SONAR komunikacijski sistemi.
- To se uporablja v medicinskih napravah, kot je EKG, in v nevroznanosti za zbiranje in analizo podatkov.
Kje se uporablja aktivni pasovni filter?
Aktivni pasovni filter se uporablja na področju telekomunikacij in se uporablja tudi v zvočnem frekvenčnem območju od 0 kHz do 20 kHz za modeme in obdelavo govora. Te se običajno uporabljajo v brezžičnih oddajnikih in sprejemnikih
Kakšna je razlika med aktivnim in pasivnim pasovnim filtrom?
Aktivni filtri delujejo z virom energije, medtem ko pasivni filtri ne potrebujejo vira energije. Izhod pasivnega filtra se spreminja z obremenitvijo, medtem ko aktivni filter ohranja svojo zmogljivost ne glede na priključeno obremenitev.
Kakšna je prenosna funkcija pasovnega filtra?
Obnašanje pasovno prepustnega filtra je mogoče matematično opisati s prenosno funkcijo. To je kompleksna funkcija, ki povezuje vhodne in izhodne signale filtra. Torej je T.F podan s H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Kaj je funkcija prenosa filtra?
Prenosna funkcija filtra je Z-transformacija njegovega impulznega odziva. Vključuje cele kvadratne enačbe v števcu in imenovalcu. Zagotavlja osnovo za implementacijo nizkoprepustnih, visokoprepustnih, enofrekvenčnih zarez in zavrnitve pasov.
Y(z) = H(z)X(z) =( h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Tako je to pregled aktivnih pasovni filter, vezje, deluje , vrste in aplikacije. Aktivni pasovno prepustni filtri so pomembne komponente v elektronskih vezjih, ki selektivno prepuščajo določen obseg frekvenc, medtem ko dušijo druge. Ti filtri zagotavljajo številne prednosti, kot sta visoka natančnost in ojačenje. Aktivni BPF se običajno uporabljajo v komunikacijskih sistemov kot tudi aplikacije, ki temeljijo na obdelavi signalov, kjer sta potrebna stabilnost in visoka natančnost, kot pri radijskih sprejemnikih. Uporabljajo se v različnih aplikacijah, avdio, biomedicinskem inženirstvu in radijskih komunikacijah. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je pasivni pasovni filter?
