The pralaidumo filtras leidžia tiekti signalus tarp dviejų konkrečių dažnių, net jei atskiria šiuos signalus kitais dažniais. Šių tipų pralaidumo filtrai yra įvairių tipų; kai kurie pralaidumo filtrų dizainai yra pagaminti naudojant išorinę galią ir aktyvius komponentus, pvz. tranzistoriai ir integriniai grandynai, kurie vadinami aktyviuoju BPF. Be to, kai kurie filtrai naudoja bet kokį maitinimo šaltinį ir pasyviuosius komponentus, tokius kaip induktoriai ir kondensatoriai, vadinami pasyviuoju BPF. Šie filtrai tinka belaidžiams siųstuvams ir imtuvams.
Siųstuvo BPF naudojamas apriboti išvesties signalo pralaidumą iki mažiausio reikalaujamo lygio ir perduoti duomenis idealiu greičiu ir forma. Be to, šis imtuve esantis filtras leidžia dekoduoti signalus, esančius pageidaujamo dažnio lygyje, tuo pačiu nepateikdamas nereikalingų dažnių signalų. Imtuvo S/N santykis optimizuojamas per juostos pralaidumo filtrą. Šiame straipsnyje pateikiama trumpa informacija apie aktyvus juostos pralaidumo filtras .
Kas yra aktyvusis dažnių juostos filtras?
Tam tikro tipo pralaidumo filtras, kuriame naudojami aktyvūs komponentai, pvz operacinis stiprintuvas , kartu su rezistoriais ir kondensatoriais, suformuojančiais filtrą, yra žinomas kaip aktyvus juostos pralaidumo filtras. Šie pralaidumo filtrai, be filtravimo, sustiprina įvesties signalą, nors jiems reikia išorinio maitinimo šaltinio.
Šis juostos pralaidumo filtras sukurtas naudojant pakopinį HPF, stiprintuvą ir LPF, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Stiprintuvo grandinė tarp HPF ir LPF užtikrina izoliaciją ir bendrą įtampos padidėjimą. Abiejų filtrų ribinio dažnio vertės turėtų būti palaikomos kuo mažiau svyruojant. Jei šis pokytis yra labai mažas, yra tikimybė, kad žemo dažnio ir aukšto dažnio etapai sąveikaus. Todėl reikalinga stiprinimo grandinė. turėti tinkamus šių ribinių dažnių lygius.
Aktyvaus dažnių juostos filtro veikimo principas
Aktyvus pralaidumo filtras veikia slopindamas dažnius, viršijančius arba žemesnius už dažnių diapazoną (t. y. pralaidumo juostą arba filtro pralaidumą). Bet koks signalas, kurio dažnis yra tame pralaidumo diapazone, tiesiog praeina per filtrą. Bet koks dažnis, esantis už juostos pralaidumo ribų, sumažinamas arba susilpnėja.
Aktyvaus dažnių juostos filtro dizainas
Aktyvaus pralaidumo filtro grandinė parodyta žemiau. Šią grandinę galima suprojektuoti kaskaduojant atskirus žemo dažnio ir aukšto dažnio pasyviuosius filtrus. Tai suteikia žemo „kokybės faktoriaus“ tipo filtrą, turintį plačią pralaidumo juostą. Pirminė aktyvaus dažnių juostos pralaidumo filtro pakopa yra aukšto pralaidumo pakopa, kuri naudoja kondensatorių, kad blokuotų bet kokį DC poslinkį iš pagrindinio šaltinio.
Šios grandinės konstrukcijos pranašumas yra tas, kad per vieną pusę sukuriamas gana plokščias asimetrinis praėjimo dažnio atsakas, reiškiantis žemo dažnio atsaką, o likusi pusė reiškia aukšto dažnio atsaką.
Aukštesniojo kampo taškas „ƒH“ ir apatinio kampo dažnio ribinis taškas „ƒL“ apskaičiuojamas taip pat, kaip ir anksčiau įprastose pirmos eilės LPF ir HPF grandinėse.
Būtinas pagrįstas dviejų ribinių taškų atskyrimas, kad būtų išvengta bet kokios sąveikos tarp LPF ir HPF etapų. Stiprintuvas padeda užtikrinti izoliaciją tarp dviejų filtro pakopų, kad apibūdintų bendrą filtro grandinės įtampos padidėjimą. Todėl filtro pralaidumas yra skirtumas tarp didesnių ir žemesnių -3 dB taškų. Aktyvaus BPF normalizuotas dažnio atsakas ir fazės poslinkis bus toks.
Dažnio atsakas
Kai aukščiau nurodyta pasyviai sureguliuota filtro grandinė veikia kaip BPF, pralaidumas gali būti gana platus. Tai gali būti problema, jei norime atskirti dažnius maža juosta. Aktyvus dažnių juostos filtras taip pat gali būti suprojektuotas su apverčiamuoju operatyviniu stiprintuvu.
Taigi, pertvarkę rezistorių ir kondensatorių pozicijas filtre, galime sukurti daug geresnę filtro grandinę. Apatinis –3dB ribinis taškas nurodytas „ƒC1“ aktyviam BPF, o aukštesnis –3 dB ribinis taškas nurodomas „ƒC2“.
Aukščiau pateiktas filtras turi du centrinius dažnius – HPF ir LPF. The aukšto dažnio filtras centrinis dažnis turėtų būti mažesnis, palyginti su centriniu LPF dažniu.
Centrinis BPF dažnis yra geometrinis viršutinių ir apatinių ribinių dažnių vidurkis, pavyzdžiui; fr2 = fH x fL.
Aktyvaus BPF stiprinimas yra 20 log (Vout/Vin) dB/dekad.
Amplitudės atsakas yra susijęs su LPF ir HPF atsakais. Atsako kreivė daugiausia priklauso nuo pakopinio filtro eilės.
Q faktorius
Bendras tikrosios pralaidumo juostos plotis tarp viršutinio ir apatinio aktyviojo pralaidumo filtro -3 dB kampo taškų apsprendžia grandinės Q koeficientą. Q faktoriaus reikšmė yra mažesnė, nei filtro pralaidumas yra platesnis. Dėl to Q koeficientas yra didesnis, o filtras yra siauresnis.
Kartais aktyvaus pralaidumo filtro Q koeficientas žymimas graikišku simboliu „α“ ir vadinamas alfa didžiausiu dažniu.
α = 1/Q
Kadangi aktyvaus BPF „Q“ yra susijęs su filtro atsako „ryškumu“ aplink jo „ƒr“ (centrinį rezonansinį dažnį), jis taip pat gali būti žinomas kaip slopinimo koeficientas (arba) slopinimo koeficientas, nes filtras turi daugiau slopina, nei filtras turi plokštesnę reakciją. Filtras turi mažiau slopinimo, o filtro atsakas yra ryškesnis.
Slopinimo koeficientas nurodomas graikišku simboliu „ξ“
ξ = a/2
Aktyvaus dažnių juostos pralaidumo filtro kokybės koeficientas yra ƒr (rezonansinio dažnio) ir BW (juostos plotis) santykis tarp aukštesnių ir žemesnių -3 dB dažnių.
Aktyvių dažnių juostos filtrų tipai
Yra dviejų tipų aktyvūs juostos pralaidumo filtrai; plačiajuosčio pralaidumo filtras ir siaurajuostis filtras, kurie aptariami toliau.
Plačiajuostis filtras
Jei kokybės koeficiento (Q) reikšmė yra mažesnė nei dešimt, pralaidumo juosta yra plati, o tai suteikia mums didesnį pralaidumą. Taigi šis BPF yra žinomas kaip plačiajuostis filtras. Plačiajuosčio pralaidumo filtre aukštas ribinis dažnis turėtų būti didesnis, palyginti su žemesniu ribiniu dažniu.
Pirma, signalas praeina per HPF, šio failo išvesties signalas bus linkęs į begalybę, kuris pabaigoje suteikiamas LPF. Šis LPF žemus dažnius praleidžia aukštesnio dažnio signalą.
Kai HPF pakopinis per LPF, galima gauti paprastą BPF. Norint suprasti šį filtrą, LPF ir HPF grandinių tvarka turėtų būti panaši.
Pakopinis vieno pirmos eilės LPF ir HPF suteikia mums antros eilės BPF. Sujungus du pirmos eilės LPF su dviem HPF, susidaro ketvirtos eilės BPF.
Dėl šios kaskados grandinė suteikia žemos kokybės koeficiento vertę. Pirmos eilės HPF kondensatorius blokuoja bet kokį i/p signalo nuolatinės srovės poslinkį.
Abiejose sustabdymo juostose antros eilės filtro korpuse stiprinimas yra ± 20 dB per dešimtmetį. LPF ir HPF turi būti tik pirmos eilės.
Panašiai, kai abu filtrai yra antros eilės, stiprinimo padidėjimas abiejose sustabdymo juostose yra maždaug ± 40 dB per dešimtmetį.
Išraiška:
Juostos pralaidumo filtro įtampos padidėjimo išraiška pateikiama taip:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²)
Jis pasiekiamas dėl individualaus LPF ir HPF padidėjimo, todėl abu filtro padidėjimai pateikiami kaip;
HPF įtampos padidėjimas
Vout / Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
LPF įtampos padidėjimas
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
Kur „Amax1“ yra HPF etapo stiprinimas ir „Amax2; yra LPF etapo laimėjimas.
Plačiajuosčio filtro atsakas parodytas žemiau.
Siaurosios juostos praėjimo filtras
Jei kokybės faktoriaus reikšmė didesnė nei dešimt, pralaidumo juosta bus siaura, o pralaidumo juostos plotis taip pat mažesnis. Taigi šis filtras yra žinomas kaip siauros juostos filtras.
Šis filtras naudoja tik vieną aktyvųjį komponentą, pvz., op-amp vietoj dviejų. Šioje grandinėje naudojamas operatyvinis stiprintuvas yra invertuojančios konfigūracijos. Šio filtro operatyvinio stiprintuvo stiprinimas yra didžiausias esant „fc“ centriniam dažniui.
Siauros dažnių juostos filtro grandinė parodyta žemiau. Įvestis tiekiama į operatyvinio stiprintuvo invertuojamąjį įvesties gnybtą, tada operacinės sistemos stiprintuvas yra žinomas kaip invertuojamosios konfigūracijos. Ši siaura BPF grandinė suteikia siaurą BPF atsaką.
Šios filtro grandinės įtampos padidėjimas yra AV = – R2 / R1
Šios filtro grandinės ribiniai dažniai yra;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Privalumai ir trūkumai
The aktyvaus juostos pralaidumo filtro pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.
- Šis filtras padeda siųsti arba perduoti pageidaujamo dažnio diapazono signalą, taigi padeda taupyti energiją.
- Šis pralaidumo filtras padeda filtruoti signalus tarp dviejų dažnių diapazonų.
Aktyvių dažnių juostos pralaidumo filtrų trūkumai yra šie.
- Aktyvus pralaidumo filtras leidžia praeiti tik pageidaujamą dažnių diapazoną.
- Jie gali būti pernelyg ribojantys, ypač kai naudojami siauru pralaidumu. Dėl to prarandamas didelis dažnio turinys, todėl garsas jaučiasi tuščiaviduris arba plonas.
- Šie filtrai yra brangūs.
- Šie filtrai turi sudėtingą valdymo sistemą.
- Jie turi ribotą dažnių diapazoną.
Programos
Aktyvių dažnių juostos pralaidumo filtrų programos yra šios.
- Aktyvus dažnių juostos filtras naudojamas daugelyje optinių programų, pavyzdžiui; palydoviniai ryšiai, telekomunikacijos ir duomenų perdavimas šviesos moduliacijoje.
- Šie filtrai naudojami garso įrangoje, norint atskirti dažnius, kurie yra girdimo diapazono nuo 20 Hz iki 20 kHz.
- Aktyvus BPF naudojamas belaidžio ryšio sistemose, siekiant išfiltruoti nepageidaujamus signalus ir triukšmą, siekiant pagerinti komunikacijos kokybę.
- Šie filtrai naudojami EDF žiedinių lazerių derinimui ir didelės spartos režimo fiksavimui.
- Šio tipo BPF naudojamas EDF superfluorescencinių šaltinių o/p spektrui išlyginti.
- Šis filtras naudojamas signalo siųstuve ir signalo imtuve belaidžio ryšio sistemoje.
- Jie naudojami dabartinėse garso sistemose, tokiose kaip stereo sistema, paskirstytos garsiakalbių sistemos, „Dolby Music System“ ir kt.
- Šio tipo filtrai naudojami dažnio valdymui garso ekvalaizerio grandinėse, LASER, LIDARAS & SONAR ryšio sistemos.
- Tai naudojama medicinos prietaisuose, tokiuose kaip EKG, ir neuromoksluose duomenims rinkti ir analizuoti.
Kur naudojamas aktyvus dažnių juostos filtras?
Aktyvus dažnių juostos filtras naudojamas telekomunikacijų srityje, taip pat naudojamas garso dažnių diapazone nuo 0 kHz iki 20 kHz modemams ir kalbos apdorojimui. Jie dažniausiai naudojami belaidžiuose siųstuvuose ir imtuvuose
Kuo skiriasi aktyvus ir pasyvus dažnių juostos filtras?
Aktyvieji filtrai veikia su maitinimo šaltiniu, o pasyviems filtrams maitinimo šaltinio nereikia. Pasyvaus filtro išvestis keičiasi atsižvelgiant į apkrovą, o aktyvusis filtras išlaiko savo veikimą nepriklausomai nuo prijungtos apkrovos.
Kokia yra juostos pralaidumo filtro perdavimo funkcija?
Juostos pralaidumo filtro veikimą galima matematiškai apibūdinti naudojant perdavimo funkciją. Tai sudėtinga funkcija, jungianti filtro įvesties ir išvesties signalus. Taigi T.F pateikiamas H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Kas yra filtro perdavimo funkcija?
Filtro perdavimo funkcija yra jo impulsinio atsako Z transformacija. Tai apima visas kvadratines lygtis tiek skaitiklyje, tiek vardikliuose. Tai suteikia pagrindą žemo dažnio, aukšto dažnio, vieno dažnio išpjovos ir juostos atmetimo realizavimo charakteristikoms įgyvendinti.
Y(z) = H(z)X(z) =(h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Taigi, tai yra aktyviųjų apžvalga pralaidumo filtras, grandinė, veikiantis , tipai ir programos. Aktyvūs juostos pralaidumo filtrai yra svarbūs elektroninių grandinių komponentai, leidžiantys pasirinktinai perduoti tam tikrą dažnių diapazoną, o kitus slopinti. Šie filtrai suteikia keletą privalumų, tokių kaip didelis tikslumas ir stiprinimas. Aktyvūs BPF yra dažniausiai naudojami ryšių sistemos taip pat signalų apdorojimu pagrįstoms programoms visur, kur būtinas stabilumas ir didelis tikslumas, pavyzdžiui, radijo imtuvuose. Jie naudojami įvairiose srityse, garso, biomedicinos inžinerijos ir radijo ryšio srityse. Štai jums klausimas, kas yra pasyvus pralaidumo filtras?
