The pásmovým filtrem umožňuje, aby signály dodávaly mezi dvěma konkrétními frekvencemi, i když tyto signály odděluje na jiných frekvencích. Tyto typy pásmových filtrů jsou dostupné v různých typech; některé z návrhů pásmových filtrů jsou vyrobeny s externím napájením a aktivními součástmi, jako jsou; tranzistory a integrované obvody, které se nazývají aktivní BPF. Podobně některé filtry využívají jakýkoli zdroj energie a pasivní komponenty, jako jsou induktory a kondenzátory, nazývané pasivní BPF. Tyto filtry jsou použitelné v bezdrátových vysílačích a přijímačích.
BPF ve vysílači se používá pro omezení šířky pásma výstupního signálu na nejmenší požadovanou úroveň a přenos dat ideální rychlostí a formou. Podobně tento filtr v přijímači umožňuje dekódování signálů v rámci upřednostňované frekvenční úrovně, přičemž se udržuje nepřítomnost signálů na zbytečných frekvencích. Poměr S/N přijímače je optimalizován pomocí pásmového filtru. Tento článek poskytuje stručné informace o an aktivní pásmový filtr .
Co je aktivní pásmový filtr?
Typ pásmového filtru, který využívá aktivní komponenty jako např operační zesilovač , spolu s odpory a kondenzátory tvořící filtr je známý jako aktivní pásmová propust. Tyto pásmové filtry kromě filtrování zesilují vstupní signál, ačkoli potřebují externí zdroj napájení.
Tento pásmový filtr je navržen kaskádovým zapojením HPF, zesilovače a LPF, jak je znázorněno na obrázku níže. Obvod zesilovače mezi HPF a LPF poskytuje izolaci a poskytuje celkové napěťové zesílení. Hodnoty mezní frekvence obou filtrů by měly být udržovány s co nejmenší odchylkou. Pokud je tato odchylka extrémně malá, pak existuje šance na interakci mezi spodní a horní propustí. Proto je nutný zesilovací obvod. mít správné úrovně těchto mezních frekvencí.
Pracovní princip aktivního pásmového filtru
Aktivní pásmový filtr funguje tak, že zeslabuje frekvence nad nebo pod určitým rozsahem frekvencí (tj. propustné pásmo nebo šířka pásma filtru). Jakýkoli signál s frekvencí v tomto pásmovém rozsahu projde jednoduše filtrem. Jakákoli frekvence, která je mimo pásmovou propust, je snížena nebo utlumena.
Návrh aktivního pásmového filtru
Aktivní obvod pásmové propusti je zobrazen níže. Tento obvod lze navrhnout kaskádováním jednotlivých pasivních filtrů dolní a horní propusti dohromady. Poskytuje filtr typu s nízkým „faktorem kvality“, který obsahuje široké pásmo. Primárním stupněm aktivního pásmového filtru je stupeň horní propusti, který využívá kondenzátor pro blokování jakéhokoli stejnosměrného předpětí z hlavního zdroje.
Tato konstrukce obvodu má tu výhodu, že generuje poměrně plochou asymetrickou frekvenční odezvu pásma propusti prostřednictvím jediné poloviny znamenající odezvu dolní propusti, zatímco zbývající polovina značí odezvu horní propusti.
Vyšší rohový bod ‚ƒH‘ a dolní mezní bod rohového kmitočtu ‚ƒL‘ jsou vypočteny stejně jako dříve v normálních obvodech LPF a HPF prvního řádu.
Mezi dvěma hraničními body je nezbytné přiměřené oddělení, aby se zabránilo jakékoli interakci mezi fázemi LPF a HPF. Zesilovač pomáhá při poskytování izolace mezi dvěma filtračními stupni pro popis celkového napěťového zesílení filtračního obvodu. Proto je šířka pásma filtru nepoměr mezi vyššími a nižšími body -3dB. Normalizovaná frekvenční odezva a fázový posun aktivního BPF budou následující.
Frekvenční odezva
Když výše uvedený pasivně laděný filtrační obvod funguje jako BPF, pak může být šířka pásma poměrně široká. To může být problém, pokud chceme oddělit frekvence pomocí malého pásma. Aktivní pásmový filtr může být také navržen s invertujícím operačním zesilovačem.
Reorganizací pozic rezistorů a kondenzátorů ve filtru tedy můžeme vytvořit mnohem lepší filtrační obvod. Spodní mezní bod -3dB je specifikován „ƒC1“ pro aktivní BPF, zatímco vyšší mezní bod –3dB je specifikován „ƒC2“.
Výše uvedený filtr má dvě střední frekvence HPF a LPF. The horní propust střední frekvence by měla být nižší ve srovnání se střední frekvencí LPF.
Střední frekvence BPF je geometrický průměr horních a dolních mezních frekvencí jako; fr2 = fH x fL.
Zisk aktivního BPF je 20 log (Vout/Vin) dB/dekádu.
Amplitudová odezva souvisí s odezvami LPF a HPF. Křivka odezvy závisí především na pořadí kaskádového filtru.
Q faktor
Celková šířka skutečného propustného pásma mezi horními a dolními rohovými body -3dB aktivního pásmového filtru rozhoduje o Q-faktoru obvodu. Hodnota Q faktoru je nižší, než je šířka pásma filtru širší. V důsledku toho je Q faktor vyšší a filtr užší.
Někdy je Q faktor aktivního pásmového filtru označen řeckým symbolem „α“ a nazývá se alfa-špičková frekvence.
a = 1/Q
Protože „Q“ aktivního BPF souvisí s „ostrostí“ odezvy filtru kolem jeho „ƒr“ (středová rezonanční frekvence), pak může být také známé jako faktor tlumení (nebo) koeficient tlumení, protože filtr má větší tlumení pak má filtr plošší odezvu. Filtr má menší tlumení, odezva filtru je ostřejší.
Poměr tlumení je označen řeckým symbolem „ξ“
ξ = a/2
Faktor kvality aktivního pásmového filtru je poměr ƒr (rezonanční frekvence) k BW (šířka pásma) mezi vyšší a nižší frekvencí -3dB.
Typy aktivních pásmových filtrů
Existují dva typy aktivních pásmových propustí; širokopásmový filtr a úzkopásmový filtr, které jsou diskutovány níže.
Širokopásmový filtr
Pokud je hodnota faktoru kvality (Q) nižší než deset, propustné pásmo je široké a pak nám dává větší šířku pásma. Takže tento BPF je známý jako Wide Band Pass Filter. U širokopásmové propusti by měla být vysoká mezní frekvence větší ve srovnání s nižší mezní frekvencí.
Nejprve signál prochází HPF, výstupní signál tohoto filtru bude mít tendenci k nekonečnu, což je na konci předáno LPF. Tento LPF propustí nízkofrekvenční signál.
Kdykoli je HPF kaskádováno přes LPF, lze získat jednoduchý BPF. Pro pochopení tohoto filtru by mělo být pořadí obvodů LPF a HPF podobné.
Kaskádování jednoho LPF prvního řádu a HPF nám poskytuje BPF druhého řádu. Kaskádováním dvou LPF prvního řádu se dvěma HPF tvoří BPF čtvrtého řádu.
Kvůli tomuto kaskádování dává obvod hodnotu faktoru nízké kvality. Kondenzátor v HPF prvního řádu blokuje jakékoli stejnosměrné předpětí z i/p signálu.
V obou koncových pásmech je zisk ± 20 dB za dekádu v případě filtru druhého řádu. LPF a HPF musí být pouze v prvním pořadí.
Podobně, kdykoli jsou dva filtry ve druhém řádu, pokles zisku v obou koncových pásmech je přibližně ± 40 dB/dekádu.
Výraz:
Výraz pro zesílení napětí pásmové propusti je dán jako:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
Je dosaženo individuálními zisky LPF i HPF, takže oba zisky filtru jsou dány jako;
Napěťový zisk pro HPF
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Napěťový zisk pro LPF
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
Kde „Amax1“ je zisk stupně HPF & „Amax2; je zisk stupně LPF.
Odezva širokopásmového filtru je uvedena níže.
Úzkopásmový filtr
Pokud je hodnota faktoru kvality vyšší než deset, bude propustné pásmo úzké a šířka pásma propustnosti bude také menší. Tento filtr je tedy známý jako Narrow Band Pass Filter.
Tento filtr používá pouze jednu aktivní součást, jako je operační zesilovač, namísto dvou. Operační zesilovač použitý v tomto obvodu je v invertující konfiguraci. Zisk operačního zesilovače v tomto filtru je maximální při střední frekvenci „fc“.
Obvod úzkého pásmového filtru je znázorněn níže. Vstup je přiveden na invertující vstupní svorku operačního zesilovače, poté je operační zesilovač známý jako v invertující konfiguraci. Tento úzký obvod BPF poskytuje úzkou odezvu BPF.
Napěťové zesílení tohoto filtračního obvodu je AV = – R2 / R1
Mezní frekvence tohoto filtračního obvodu jsou;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Výhody a nevýhody
The výhody aktivního pásmového filtru zahrnout následující.
- Tento filtr pomáhá při odesílání nebo vysílání signálu preferovaného frekvenčního rozsahu, čímž pomáhá šetřit energii.
- Tento pásmový filtr pomáhá při filtrování signálů mezi dvěma frekvenčními rozsahy.
Mezi nevýhody aktivních pásmových filtrů patří následující.
- Aktivní pásmová propust umožňuje průchod pouze preferovaného rozsahu frekvencí.
- Mohou být příliš omezující, zejména při použití s úzkou šířkou pásma. To má za následek ztrátu významného frekvenčního obsahu, aby byl zvuk dutý nebo tenký.
- Tyto filtry jsou drahé.
- Tyto filtry mají komplexní řídicí systém.
- Mají omezený frekvenční rozsah.
Aplikace
Aplikace aktivních pásmových filtrů zahrnují následující.
- Aktivní pásmový filtr se používá v mnoha optických aplikacích, jako je; satelitní komunikace, telekomunikace a přenos dat v modulaci světla.
- Tyto filtry se používají v audio zařízeních k izolaci frekvencí, které jsou ve slyšitelném rozsahu od 20 Hz do 20 kHz.
- Aktivní BPF se používá v bezdrátových komunikačních systémech k odfiltrování nežádoucích signálů a šumu pro zvýšení dokonalosti komunikace.
- Tyto filtry se používají při ladění a zamykání vysokorychlostního režimu prstencových laserů EDF.
- Tento typ BPF se používá k vyrovnání o/p spektra super fluorescenčních zdrojů EDF.
- Tento filtr se používá ve vysílači signálu a přijímači signálu v bezdrátovém komunikačním systému.
- Ty se používají v současných audio systémech, jako je stereo systém, distribuované reproduktorové systémy, Dolby Music System atd.
- Tento typ filtru se používá pro řízení frekvence v obvodech audio ekvalizéru, LASER, LIDAR Komunikační systémy SONAR.
- To se používá v lékařských zařízeních, jako je EKG, a v neurovědách ke sběru a analýze dat.
Kde se používá aktivní pásmový filtr?
Aktivní pásmový filtr se používá v telekomunikační oblasti a také se používá v rozsahu zvukových frekvencí od 0 kHz do 20 kHz pro modemy a zpracování řeči. Ty se běžně používají v bezdrátových vysílačích a přijímačích
Jaký je rozdíl mezi aktivním a pasivním pásmovým filtrem?
Aktivní filtry pracují se zdrojem energie, zatímco pasivní filtry zdroj energie nepotřebují. Výstup pasivního filtru se mění se zátěží, zatímco aktivní filtr si zachovává svůj výkon bez ohledu na připojenou zátěž.
Jaká je přenosová funkce pásmového filtru?
Chování pásmové propusti lze matematicky popsat přenosovou funkcí. Jedná se o komplexní funkci propojující vstupní a výstupní signály filtru. T.F je tedy dán vztahem H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Co je funkce přenosu filtru?
Přenosová funkce filtru je Z-transformace jeho impulsní odezvy. Zahrnuje celé kvadratické rovnice jak v čitateli, tak ve jmenovateli. Poskytuje základ pro implementaci charakteristik dolní propusti, horní propusti, jednofrekvenčního zářezu a potlačení pásma.
Y(z) = H(z)X(z) =(h(1)+h(2)z-1+⋯+h(n+1)z-n)X(z).
Jedná se tedy o přehled aktivních pásmová propust, obvod, prac , typy a aplikace. Aktivní pásmové filtry jsou důležitými součástmi elektronických obvodů, které selektivně propouštějí určitý rozsah frekvencí, zatímco jiné tlumí. Tyto filtry poskytují několik výhod, jako je vysoká přesnost a zisk. Aktivní BPF se běžně používají v komunikační systémy stejně jako aplikace založené na zpracování signálu všude tam, kde je nutná stabilita a vysoká přesnost, jako je tomu u rádiových přijímačů. Používají se v různých aplikacích, audio, biomedicínské inženýrství a radiokomunikace. Zde je pro vás otázka, co je pasivní pásmová propust?
