- ลักษณะเฉพาะ
- ตัวกรองลำดับแรก
- ตัวกรองความถี่ต่ำ
- ตัวกรองความถี่สูง
- ตัวกรองลำดับที่สอง
- การประยุกต์ใช้งาน
- อ้างอิง
ตัวกรองแบบแอคทีฟคือตัวกรองที่มีแหล่งควบคุมหรือองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่เช่นแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานทรานซิสเตอร์หรือหลอดสุญญากาศ ผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ตัวกรองช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองของฟังก์ชันการถ่ายโอนที่เปลี่ยนสัญญาณอินพุตและให้สัญญาณเอาต์พุตตามการออกแบบ
โดยปกติการกำหนดค่าของตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์จะเป็นแบบเลือกได้และเกณฑ์การเลือกคือความถี่ของสัญญาณอินพุต เนื่องจากข้างต้นขึ้นอยู่กับประเภทของวงจร (เป็นอนุกรมหรือขนาน) ตัวกรองจะอนุญาตให้ส่งผ่านสัญญาณบางอย่างและจะปิดกั้นทางเดินของส่วนที่เหลือ
ด้วยวิธีนี้สัญญาณเอาท์พุตจะโดดเด่นด้วยการกลั่นตามพารามิเตอร์การออกแบบของวงจรที่ประกอบเป็นตัวกรอง
ลักษณะเฉพาะ
- ฟิลเตอร์แอคทีฟคือฟิลเตอร์อะนาล็อกซึ่งหมายความว่ามันจะปรับเปลี่ยนสัญญาณแอนะล็อก (อินพุต) เป็นฟังก์ชันของส่วนประกอบความถี่
- เนื่องจากการมีส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ (แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานหลอดสุญญากาศทรานซิสเตอร์ ฯลฯ ) ตัวกรองประเภทนี้จะเพิ่มส่วนหรือสัญญาณเอาต์พุตทั้งหมดตามสัญญาณอินพุต
เนื่องจากการขยายกำลังโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณปฏิบัติการ (OPAMS) ทำให้ได้รับเสียงสะท้อนและปัจจัยคุณภาพสูงได้ง่ายขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ ในส่วนของมันปัจจัยคุณภาพ - หรือที่เรียกว่าปัจจัย Q- เป็นการวัดความคมชัดและประสิทธิภาพของการสั่นพ้อง
- ตัวกรองที่ใช้งานสามารถรวมส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่และแบบพาสซีฟ ส่วนหลังเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของวงจร: ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ
- ตัวกรองที่ใช้งานอยู่อนุญาตให้มีการเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนได้รับการกำหนดค่าเพื่อขยายสัญญาณและอนุญาตให้รวมระหว่างสองวงจรขึ้นไปหากจำเป็น
- ในกรณีที่วงจรมีแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้แรงดันไฟฟ้าขาออกของวงจรจะถูก จำกัด โดยแรงดันอิ่มตัวขององค์ประกอบเหล่านี้
- ขึ้นอยู่กับประเภทของวงจรและการจัดอันดับขององค์ประกอบแอคทีฟและพาสซีฟตัวกรองแอคทีฟสามารถออกแบบมาเพื่อให้อิมพีแดนซ์อินพุตสูงและอิมพีแดนซ์เอาต์พุตขนาดเล็ก
- การผลิตตัวกรองที่ใช้งานอยู่นั้นประหยัดเมื่อเทียบกับชุดประกอบประเภทอื่น ๆ
- ในการใช้งานตัวกรองแบบแอคทีฟจำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟควรเป็นแบบสมมาตร
ตัวกรองลำดับแรก
ตัวกรองลำดับที่หนึ่งใช้เพื่อลดทอนสัญญาณที่สูงหรือต่ำกว่าระดับการปฏิเสธโดยมีค่าเดซิเบล 6 เดซิเบลหลายเท่าในแต่ละครั้งที่ความถี่เพิ่มขึ้นสองเท่า การตั้งค่าประเภทนี้มักแสดงโดยฟังก์ชันการถ่ายโอนต่อไปนี้:
เมื่อแยกตัวเศษและตัวส่วนของนิพจน์เรามี:
- N (jω) เป็นพหุนามของดีกรี≤ 1
- t คือค่าผกผันของความถี่เชิงมุมของตัวกรอง
- W cคือความถี่เชิงมุมของตัวกรองและกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:
ในนิพจน์นี้ f cคือความถี่คัตออฟของตัวกรอง
ความถี่คัตออฟคือความถี่ จำกัด ของฟิลเตอร์ที่ทำให้เกิดการลดทอนของสัญญาณ ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าฟิลเตอร์ (ความถี่ต่ำ, ความถี่สูง, แบนด์พาสหรือแถบกำจัด) ผลของการออกแบบตัวกรองจะถูกนำเสนออย่างแม่นยำจากความถี่คัตออฟ
ในกรณีเฉพาะของตัวกรองลำดับที่หนึ่งตัวกรองเหล่านี้สามารถส่งผ่านต่ำหรือสูงเท่านั้น
ตัวกรองความถี่ต่ำ
ตัวกรองประเภทนี้ช่วยให้ความถี่ต่ำผ่านและลดทอนหรือยับยั้งความถี่ที่อยู่เหนือความถี่คัตออฟ
ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนสำหรับตัวกรองความถี่ต่ำมีดังนี้:
การตอบสนองแอมพลิจูดและเฟสของฟังก์ชันการถ่ายโอนนี้คือ:
ตัวกรองความถี่ต่ำแบบแอคทีฟสามารถตอบสนองฟังก์ชันการออกแบบโดยใช้ตัวต้านทานอินพุตและกราวด์พร้อมกับออปแอมป์และการกำหนดค่าตัวเก็บประจุแบบขนานและตัวต้านทาน ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างของวงจรอินเวอร์เตอร์โลว์พาสที่ใช้งานอยู่:
พารามิเตอร์ของฟังก์ชันการถ่ายโอนสำหรับวงจรนี้คือ:
ตัวกรองความถี่สูง
ในส่วนของพวกเขาตัวกรองความถี่สูงมีผลในทางตรงกันข้ามเมื่อเทียบกับตัวกรองความถี่ต่ำ กล่าวอีกนัยหนึ่งฟิลเตอร์ประเภทนี้จะลดทอนความถี่ต่ำและปล่อยให้ความถี่สูงผ่านไป
แม้จะขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าวงจรตัวกรองความถี่สูงที่ใช้งานอยู่สามารถขยายสัญญาณได้หากมีแอมพลิฟายเออร์ในการทำงานที่จัดไว้เป็นพิเศษสำหรับวัตถุประสงค์นั้น ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของตัวกรองความถี่สูงที่ใช้งานลำดับแรกมีดังนี้:
การตอบสนองของแอมพลิจูดและเฟสของระบบคือ:
ตัวกรองความถี่สูงแบบแอคทีฟใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบอนุกรมที่อินพุตของวงจรเช่นเดียวกับตัวต้านทานในเส้นทางการปลดปล่อยสู่พื้นดินเพื่อทำหน้าที่เป็นอิมพีแดนซ์ป้อนกลับ นี่คือตัวอย่างของวงจรอินเวอร์เตอร์ความถี่สูงที่ใช้งานอยู่:
พารามิเตอร์ของฟังก์ชันการถ่ายโอนสำหรับวงจรนี้คือ:
ตัวกรองลำดับที่สอง
โดยปกติแล้วตัวกรองลำดับที่สองจะได้รับจากการสร้างการเชื่อมต่อตัวกรองลำดับที่หนึ่งเป็นชุดเพื่อให้ได้ชุดประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งช่วยให้สามารถเลือกปรับความถี่ได้
นิพจน์ทั่วไปสำหรับฟังก์ชันการถ่ายโอนของตัวกรองลำดับที่สองคือ:
เมื่อแยกตัวเศษและตัวส่วนของนิพจน์เรามี:
- N (jω) เป็นพหุนามของดีกรี≤ 2
- W oคือความถี่เชิงมุมของตัวกรองและกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:
ในสมการนี้ f oคือความถี่ลักษณะของตัวกรอง ในกรณีที่มีวงจร RLC (ความต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุแบบอนุกรม) ความถี่ลักษณะของตัวกรองจะตรงกับความถี่เรโซแนนซ์ของตัวกรอง
ในทางกลับกันความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่ที่ระบบไปถึงระดับสูงสุดของการสั่น
- ζคือปัจจัยที่ทำให้หมาด ๆ ปัจจัยนี้กำหนดความสามารถของระบบในการลดสัญญาณอินพุต
ในทางกลับกันจากปัจจัยการทำให้หมาด ๆ ปัจจัยคุณภาพของตัวกรองจะได้รับจากนิพจน์ต่อไปนี้:
ขึ้นอยู่กับการออกแบบของอิมพีแดนซ์ของวงจรตัวกรองแอคทีฟลำดับที่สองอาจเป็น: ฟิลเตอร์โลว์พาสฟิลเตอร์ความถี่สูงและฟิลเตอร์แบนด์พาส
การประยุกต์ใช้งาน
ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ถูกใช้ในเครือข่ายไฟฟ้าเพื่อลดการรบกวนในเครือข่ายเนื่องจากการเชื่อมต่อของโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้น
การรบกวนเหล่านี้สามารถแทรกซึมได้โดยการรวมตัวกรองแบบแอคทีฟและพาสซีฟและอิมพีแดนซ์อินพุตที่แตกต่างกันและการตั้งค่า RC ตลอดการประกอบ
ในเครือข่ายไฟฟ้ากำลังจะใช้ตัวกรองแบบแอคทีฟเพื่อลดฮาร์มอนิกของกระแสที่ไหลเวียนผ่านเครือข่ายระหว่างตัวกรองที่ใช้งานและโหนดการผลิตพลังงานไฟฟ้า
ในทำนองเดียวกันตัวกรองที่ใช้งานอยู่จะช่วยปรับสมดุลของกระแสย้อนกลับที่ไหลเวียนผ่านเป็นกลางและฮาร์มอนิกที่เกี่ยวข้องกับการไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าของระบบ
นอกจากนี้ตัวกรองแบบแอคทีฟยังมีบทบาทที่ยอดเยี่ยมในการแก้ไขค่ากำลังไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกัน
อ้างอิง
- ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ (sf) มหาวิทยาลัยแห่งชาติแห่งการทดลองTáchira รัฐทาชิราเวเนซุเอลา กู้คืนจาก: unet.edu.ve
- ลามิช, ม. (2544). Active Filters: บทนำและการใช้งาน Universitat Politècnica de Catalunya ประเทศสเปน กู้คืนจาก: Crit.upc.edu
- มิยาระ, F. (2004). ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ มหาวิทยาลัยแห่งชาติโรซาริโอ อาร์เจนตินา. ดึงมาจาก: fceia.unr.edu.ar
- กิเมเนซ, M (sf) ทฤษฎีวงจร II. มหาวิทยาลัยไซมอนโบลิวาร์ รัฐมิแรนดาเวเนซุเอลา ดึงมาจาก: labc.usb.ve
- Wikipedia, สารานุกรมเสรี (2017). ตัวกรองที่ใช้งานอยู่ สืบค้นจาก: es.wikipedia.org
- Wikipedia, สารานุกรมเสรี (2017). ตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์ สืบค้นจาก: es.wikipedia.org