A sávszűrő lehetővé teszi a jelek továbbítását két meghatározott frekvencia között, még akkor is, ha elválasztja ezeket a jeleket más frekvenciákon. Az ilyen típusú sávszűrők különféle típusokban kaphatók; a sávszűrő kialakításának egy része külső tápellátással és aktív komponensekkel készül, mint pl. tranzisztorok és integrált áramkörök, amelyeket aktív BPF-nek neveznek. Hasonlóképpen, egyes szűrők bármilyen áramforrást és passzív alkatrészeket használnak, például induktorokat és kondenzátorokat, amelyeket passzív BPF-nek neveznek. Ezek a szűrők vezeték nélküli adókban és vevőkészülékekben használhatók.
Az adóban található BPF arra szolgál, hogy a kimenő jel sávszélességét a legkevésbé szükséges szintre korlátozza, és az adatokat az ideális sebességgel és formában továbbítsa. Hasonlóképpen, ez a szűrő a vevőben lehetővé teszi a kívánt frekvenciaszinten belüli jelek dekódolását, miközben távol tartja a szükségtelen frekvenciákon lévő jeleket. A vevő S/N arányát egy sávszűrő optimalizálja. Ez a cikk rövid tájékoztatást nyújt egy aktív sávszűrő .
Mi az az aktív sávszűrő?
A sávszűrő olyan típusa, amely olyan aktív komponenseket használ, mint pl műveleti erősítő A szűrőt alkotó ellenállásokkal és kondenzátorokkal együtt aktív sávszűrőként ismert. Ezek a sávszűrők a szűrés mellett a bemeneti jelet is felerősítik, bár külső áramforrásra van szükségük.
Ezt a sávszűrőt egy HPF, egy erősítő és egy LPF lépcsőzetes beépítésével tervezték, az alábbi ábrán látható módon. A HPF és az LPF közötti erősítő áramkör leválasztást és általános feszültségerősítést biztosít. Mindkét szűrő határfrekvencia értékét a legkisebb eltéréssel kell fenntartani. Ha ez az eltérés rendkívül kicsi, akkor az aluláteresztő és felüláteresztő szakaszok közötti kölcsönhatás esélye van. Ezért erősítő áramkörre van szükség. hogy ezeknek a vágási frekvenciáknak megfelelő szintjei legyenek.
Az aktív sávszűrő működési elve
Az aktív sávszűrő úgy működik, hogy csillapítja a frekvenciatartomány feletti vagy alatti frekvenciákat (azaz az áteresztősávot vagy a szűrő sávszélességét). Bármely jel, amelynek frekvenciája az adott sávtartományba esik, egyszerűen áthalad a szűrőn. A sávon kívül eső frekvencia csökken vagy csillapodik.
Aktív sávszűrő kialakítás
Az aktív sávszűrő áramkör az alábbiakban látható. Ez az áramkör megtervezhető az egyes aluláteresztő és felüláteresztő passzív szűrők kaszkádolásával. Alacsony „minőségi tényező” típusú szűrőt ad, amely széles áteresztősávot tartalmaz. Az aktív sávszűrő elsődleges fokozata a felüláteresztő fokozat, amely a kondenzátort használja fel a fő forrásból származó DC előfeszítések blokkolására.
Ennek az áramkör-konstrukciónak az az előnye, hogy egy meglehetősen lapos aszimmetrikus áteresztősáv-frekvencia-választ hoz létre egyetlen félen keresztül, amely az aluláteresztő választ jelenti, míg a fennmaradó fele felső áteresztő választ jelent.
A felső sarokpont „ƒH” és az alsó sarokfrekvencia-levágási pont „ƒL” ugyanúgy számítható ki, mint korábban a normál elsőrendű LPF és HPF áramkörökben.
A két vágási pont ésszerű elválasztása szükséges az LPF és HPF szakaszok közötti kölcsönhatás elkerülése érdekében. Az erősítő segít a két szűrőfokozat közötti leválasztásban, hogy leírja a szűrőáramkör teljes feszültségerősítését. Ezért a szűrő sávszélessége a magasabb és alacsonyabb -3 dB-es pontok közötti különbség. Az aktív BPF normalizált frekvenciaválasza és fáziseltolása a következő lesz.
Frekvenciaválasz
Ha a fenti passzívan hangolt szűrőáramkör BPF-ként működik, akkor a sávszélesség meglehetősen széles lehet. Ez gondot okozhat, ha a frekvenciákat egy kis sávval szeretnénk szétválasztani. Az aktív sávszűrő invertáló műveleti erősítővel is kialakítható.
Így az ellenállások és kondenzátorok pozícióinak átszervezésével a szűrőben sokkal jobb szűrőáramkört állíthatunk elő. Az alsó -3 dB vágási pontot a „ƒC1” határozza meg egy aktív BPF esetén, míg a magasabb – 3 dB határértéket a „ƒC2”.
A fenti szűrő két középfrekvenciájú HPF és LPF. A Magasáramú szűrő a középfrekvenciának alacsonyabbnak kell lennie az LPF középfrekvenciájához képest.
A BPF középfrekvenciája a felső és alsó határfrekvenciák geometriai átlaga, mint pl. fr2 = fH x fL.
Az aktív BPF erősítése 20 log (Vout/Vin) dB/Decade.
Az amplitúdó válasz az LPF és HPF válaszokhoz kapcsolódik. A válaszgörbe főként a kaszkádszűrő sorrendjétől függ.
Q-faktor
A tényleges áteresztősáv teljes szélessége az aktív sávszűrő felső és alsó -3dB sarokpontja között határozza meg az áramkör Q-tényezőjét. A Q tényező értéke kisebb, mint a szűrő sávszélessége szélesebb. Ennek eredményeként a Q tényező nagyobb, a szűrő keskenyebb.
Néha az aktív sávszűrő Q tényezőjét a görög „α” szimbólummal jelölik, és alfa-csúcsfrekvenciának nevezik.
α = 1/Q
Mivel egy aktív BPF 'Q'-ja a szűrő válaszának „élességéhez” kapcsolódik a 'ƒr' (középső rezonanciafrekvencia) körül, ezért ezt csillapítási tényezőként (vagy csillapítási együtthatóként) is ismerhetjük, mivel a szűrő rendelkezik nagyobb a csillapítás, mint a szűrő laposabb reakciója. A szűrő csillapítása kisebb, a szűrő reakciója élesebb.
A csillapítási arányt a görög „ξ” szimbólum jelzi
ξ = a/2
Az aktív sávszűrő minőségi tényezője a ƒr (rezonanciafrekvencia) és a BW (sávszélesség) aránya a magasabb és alacsonyabb -3 dB-es frekvenciák között.
Aktív sáváteresztő szűrőtípusok
Kétféle aktív sávszűrő létezik; széles sáv áteresztő szűrő és keskeny sáv áteresztő szűrő, amelyeket alább tárgyalunk.
Szélessávú áteresztő szűrő
Ha a minőségi tényező (Q) értéke tíz alatt van, akkor az áteresztő sáv széles, és ez adja a nagyobb sávszélességet. Tehát ez a BPF szélessávú szűrőként ismert. Egy széles sávú szűrőben a magas vágási frekvenciának nagyobbnak kell lennie az alsó határfrekvenciához képest.
Először is, a jel áthalad a HPF-en, ennek a reszelőnek a kimeneti jele a végtelenbe hajlik, amit a végén kap az LPF. Ez az LPF alulátereszti a magasabb frekvenciájú jelet.
Amikor a HPF lépcsőzetes LPF-en keresztül történik, akkor az egyszerű BPF is elérhető. A szűrő megértéséhez az LPF és a HPF áramkörök sorrendjének hasonlónak kell lennie.
Egy elsőrendű LPF és HPF lépcsőzetes alkalmazása biztosítja számunkra a másodrendű BPF-et. Két elsőrendű LPF és két HPF lépcsőzésével egy negyedrendű BPF jön létre.
Emiatt a kaszkádolás miatt az áramkör alacsony minőségű tényezőértéket ad. Az elsőrendű HPF-en belüli kondenzátor blokkolja az i/p jel bármely egyenáramú előfeszítését.
Mindkét leállítási sávnál az erősítés ± 20 dB dekádonként a másodrendű szűrőházban. Az LPF-nek és a HPF-nek csak elsőrendűnek kell lennie.
Hasonlóképpen, amikor a két szűrő a második sorrendben van, az erősítési gördülés mindkét leállítási sávon körülbelül ± 40 dB/dekád.
Kifejezés:
A sávszűrő feszültségerősítésének kifejezése a következő:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²)
Ezt mind az LPF, mind a HPF egyéni erősítésével érik el, így mindkét szűrő erősítését a következőképpen adjuk meg:
Feszültségerősítés a HPF-hez
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Feszültségerősítés az LPF-hez
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
ahol az „Amax1” a HPF fokozat erősítése & „Amax2; az LPF fokozat nyeresége.
A szélessávú szűrő reakciója az alábbiakban látható.
Keskeny sávú áteresztő szűrő
Ha a minőségi tényező értéke nagyobb, mint tíz, az áteresztő sáv szűk lesz, és az áteresztősáv sávszélessége is kisebb. Tehát ezt a szűrőt Narrow Band Pass Filter néven ismerik.
Ez a szűrő csak egy aktív komponenst használ, mint például az op-amp kettő helyett. Az ebben az áramkörben használt op-amp invertáló konfigurációban van. Ebben a szűrőben az op-amp erősítés az „fc” középső frekvencián a legnagyobb.
A keskeny sávú szűrő áramköre az alábbiakban látható. A bemenet az op-amp invertáló bemeneti termináljára kerül, majd az op-amp invertáló konfigurációban ismert. Ez a keskeny BPF áramkör szűk BPF választ ad.
Ennek a szűrőáramkörnek a feszültségerősítése AV = – R2 / R1
Ennek a szűrőáramkörnek a vágási frekvenciái:
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Előnyök és hátrányok
A az aktív sávszűrő előnyei a következőket tartalmazzák.
- Ez a szűrő segít az előnyben részesített frekvenciatartomány jelének küldésében vagy továbbításában, így segít az energia megtakarításában.
- Ez a sávszűrő segít a jelek szűrésében két frekvenciatartomány között.
Az aktív sávszűrők hátrányai a következők.
- Az aktív sávszűrő csak a kívánt frekvenciatartományt engedi át.
- Túlságosan korlátozóak lehetnek, különösen, ha szűk sávszélességgel használják. Ez tehát jelentős frekvenciatartalom elvesztését eredményezi, így a hang üregesnek vagy vékonynak tűnik.
- Ezek a szűrők drágák.
- Ezek a szűrők összetett vezérlőrendszerrel rendelkeznek.
- Korlátozott frekvenciatartományuk van.
Alkalmazások
Az aktív sávszűrők alkalmazásai a következők.
- Az aktív sávszűrőt számos optikai alkalmazásban használják, mint pl. műholdas kommunikáció, távközlés és adatátvitel fénymodulációban.
- Ezeket a szűrőket audioberendezésekben használják a 20 Hz és 20 kHz közötti hallható tartományba eső frekvenciák elkülönítésére.
- Az Active BPF a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekben használatos a nem kívánt jelek és zajok kiszűrésére a kommunikáció kiválóságának fokozása érdekében.
- Ezeket a szűrőket az EDF gyűrűs lézerek hangolására és nagy sebességű üzemmódú zárolására használják.
- Ezt a típusú BPF-et az EDF szuperfluoreszcens források o/p spektrumának kiegyenlítésére használják.
- Ezt a szűrőt vezeték nélküli kommunikációs rendszerek jeladójában és jelvevőjében használják.
- Ezeket olyan jelenlegi audiorendszerekben használják, mint a sztereó rendszer, az elosztott hangszórórendszerek, a Dolby Music System stb.
- Ezt a szűrőtípust hangszínszabályzó áramkörök frekvenciaszabályozására használják, LASER, LIDAR & SONAR kommunikációs rendszerek.
- Ezt használják az orvosi eszközökben, például az EKG-ban és az idegtudományban adatok gyűjtésére és elemzésére.
Hol használják az aktív sávszűrőt?
Az aktív sávszűrőt a távközlési területen használják, és a 0 kHz és 20 kHz közötti hangfrekvencia tartományban is használják modemekhez és beszédfeldolgozáshoz. Ezeket általában vezeték nélküli adókban és vevőkészülékekben használják
Mi a különbség az aktív és a passzív sávszűrő között?
Az aktív szűrők áramforrással működnek, míg a passzív szűrőknek nincs szükségük áramforrásra. A passzív szűrő kimenete a terhelés függvényében változik, míg az aktív szűrő a csatlakoztatott terheléstől függetlenül megtartja teljesítményét.
Mi az áteresztő szűrő átviteli funkciója?
A sávszűrő viselkedése matematikailag leírható egy átviteli függvénnyel. Ez egy összetett funkció, amely összeköti a szűrő bemeneti és kimeneti jeleit. Tehát a T.F-et H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω) adja meg.
Mi az a szűrőátviteli funkció?
A szűrőátviteli függvény impulzusválaszának Z-transzformációja. Teljes másodfokú egyenleteket tartalmaz mind a számlálón, mind a nevezőn belül. Ez biztosítja az alapot az aluláteresztő, felüláteresztő, egyfrekvenciás bevágás és sávelutasítás megvalósítási jellemzőinek megvalósításához.
Y(z) = H(z)X(z) =(h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Így ez az aktív áttekintése sávszűrő, áramkör, működik , típusok és alkalmazások. Az aktív sáváteresztő szűrők az elektronikus áramkörök fontos alkotóelemei, amelyek egy bizonyos frekvenciatartományt szelektíven engednek át, míg másokat csillapítanak. Ezek a szűrők számos előnnyel rendelkeznek, mint például a nagy pontosság és az erősítés. Az aktív BPF-eket gyakran használják kommunikációs rendszerek valamint jelfeldolgozáson alapuló alkalmazások, ahol a stabilitás és a nagy pontosság szükséges, mint a rádióvevőknél. Ezeket számos alkalmazásban használják, audio-, orvosbiológiai mérnöki és rádiókommunikációs területen. Itt egy kérdés, hogy mi az a passzív sávszűrő?
