ฟิลเตอร์ที่ใช้งานอยู่: ลักษณะ, ลำดับที่หนึ่งและสอง, แอปพลิเคชัน

ฟิลเตอร์ที่ ใช้งานคือ ตัวกรอง ที่มีแหล่งควบคุมหรือองค์ประกอบที่แอ็คทีฟเช่นแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานทรานซิสเตอร์หรือหลอดสุญญากาศ ผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ตัวกรองช่วยให้สอดคล้องกับการสร้างแบบจำลองของฟังก์ชั่นการถ่ายโอนที่เปลี่ยนแปลงสัญญาณอินพุตและให้สัญญาณออกตามการออกแบบ

การกำหนดค่าตัวกรองอิเล็กทรอนิกส์มักจะเป็นตัวเลือกและเกณฑ์การคัดเลือกคือความถี่ของสัญญาณอินพุต เนื่องจากข้างต้นขึ้นอยู่กับประเภทของวงจร (เป็นอนุกรมหรือขนาน) ตัวกรองจะอนุญาตให้ผ่านสัญญาณบางอย่างและปิดกั้นเส้นทางที่เหลือ

ด้วยวิธีนี้สัญญาณเอาต์พุตจะถูกกำหนดโดยการทำให้บริสุทธิ์ตามพารามิเตอร์การออกแบบของวงจรที่ประกอบด้วยตัวกรอง

คุณสมบัติ

- ฟิลเตอร์ที่ใช้งานเป็นฟิลเตอร์แบบอะนาล็อกซึ่งหมายความว่าพวกเขาปรับเปลี่ยนสัญญาณอะนาล็อก (อินพุต) ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบความถี่

- ด้วยการมีส่วนประกอบที่แอคทีฟ (แอมพลิฟายเออร์ในการทำงาน, หลอดสุญญากาศ, ทรานซิสเตอร์, ฯลฯ ) ฟิลเตอร์ประเภทนี้จะเพิ่มส่วนหรือสัญญาณเอาต์พุตทั้งหมดโดยคำนึงถึงสัญญาณอินพุต

นี่คือสาเหตุที่การขยายพลังงานผ่านการใช้งานแอมป์ (OPAMS) ข้างต้นช่วยให้ได้รับเสียงสะท้อนและปัจจัยคุณภาพสูงโดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำ ในทางตรงกันข้ามปัจจัยด้านคุณภาพ - หรือที่เรียกว่าคิวแฟคเตอร์ - เป็นการวัดความคมชัดและประสิทธิภาพของการสั่นพ้อง

- ฟิลเตอร์ที่ใช้งานสามารถรวมองค์ประกอบที่ใช้งานและแฝง ด้านหลังเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของวงจร: ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

- ฟิลเตอร์ที่ใช้งานช่วยให้การเชื่อมต่อแบบเรียงซ้อนมีการกำหนดค่าเพื่อขยายสัญญาณและอนุญาตการรวมระหว่างสองวงจรหรือมากกว่าถ้าจำเป็น

- ในกรณีที่วงจรมีวงจรขยายสัญญาณแรงดันเอาท์พุทของวงจรจะถูก จำกัด โดยแรงดันอิ่มตัวขององค์ประกอบเหล่านี้

- ขึ้นอยู่กับประเภทของวงจรและค่าเล็กน้อยขององค์ประกอบที่ใช้งานและไม่โต้ตอบตัวกรองที่ใช้งานสามารถออกแบบมาเพื่อให้ความต้านทานการป้อนข้อมูลสูงและความต้านทานเอาท์พุทขนาดเล็ก

- การผลิตฟิลเตอร์แบบแอคทีฟนั้นประหยัดกว่าการประกอบแบบอื่น ๆ

- ในการใช้งานฟิลเตอร์ที่ใช้งานจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟโดยควรมีความสมมาตร

ตัวกรองลำดับแรก

ตัวกรองคำสั่งแรกจะใช้ในการลดทอนสัญญาณที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าเกรดการปฏิเสธเป็นทวีคูณของ 6 เดซิเบลในแต่ละครั้งที่ความถี่เป็นสองเท่า แอสเซมบลีชนิดนี้มักจะแสดงโดยฟังก์ชันถ่ายโอนต่อไปนี้:

เมื่อคุณทำลายตัวเศษและส่วนของนิพจน์คุณจะต้อง:

- N (jω) คือพหุนามของดีกรี≤ 1

- t คือค่าผกผันของความถี่เชิงมุมของตัวกรอง

- W _c คือความถี่เชิงมุมของตัวกรองและกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

ในการแสดงออกดังกล่าว f _c คือความถี่ตัดของตัวกรอง

ความถี่ cutoff คือความถี่ จำกัด ของตัวกรองที่จะลดทอนสัญญาณ ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของตัวกรอง (การผ่านความถี่ต่ำ, การผ่านความถี่สูง, การส่งผ่านความถี่สูงหรือการกำจัดคลื่นความถี่) ผลของการออกแบบตัวกรองจะถูกนำเสนออย่างแม่นยำจากความถี่ตัด

ในกรณีเฉพาะของตัวกรองคำสั่งซื้อแรกสิ่งเหล่านี้สามารถเป็นผ่านต่ำหรือสูงผ่าน

ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ

ตัวกรองประเภทนี้อนุญาตให้ผ่านความถี่ที่ต่ำกว่าและลดทอนหรือยับยั้งความถี่ที่สูงกว่าความถี่คัตออฟ

ฟังก์ชันถ่ายโอนสำหรับตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำมีดังต่อไปนี้:

การตอบสนองของแอมพลิจูดและเฟสของฟังก์ชันถ่ายโอนนี้คือ:

ฟิลเตอร์ low-pass ที่แอ็คทีฟสามารถตอบสนองฟังก์ชั่นการออกแบบได้โดยใช้ตัวต้านทานอินพุตและปล่อยประจุดินพร้อมกับแอมพลิฟายเออร์และตัวต้านทานและการกำหนดค่าตัวเก็บประจุแบบขนาน ด้านล่างเป็นตัวอย่างวงจรอินเวอร์เตอร์ low pass ที่ใช้งาน:

พารามิเตอร์ของฟังก์ชั่นการถ่ายโอนสำหรับวงจรนี้คือ:

ตัวกรองผ่านสูง

ในทางตรงกันข้ามฟิลเตอร์กรองความถี่สูงมีผลตรงกันข้ามเมื่อเปรียบเทียบกับฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ นั่นคือฟิลเตอร์ประเภทนี้ลดทอนความถี่ต่ำและให้ความถี่สูงผ่าน

แม้จะขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของวงจรฟิลเตอร์แอคทีฟ high pass ที่ใช้งานสามารถขยายสัญญาณได้หากมีแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานที่จัดมาเป็นพิเศษเพื่อจุดประสงค์นั้น ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของฟิลเตอร์ high-pass ที่ใช้งานอยู่ของคำสั่งแรกมีดังนี้:

การตอบสนองของแอมพลิจูดและเฟสของระบบคือ:

ฟิลเตอร์ high pass ที่แอ็คทีฟใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเป็นอนุกรมที่อินพุตของวงจรรวมทั้งตัวต้านทานในเส้นทางของการปล่อยสู่พื้นเพื่อตอบสนองการทำงานของอิมพีแดนซ์ป้อนกลับ ด้านล่างเป็นตัวอย่างของวงจรอินเวอร์เตอร์ high-pass ที่ใช้งานอยู่:

พารามิเตอร์ของฟังก์ชั่นการถ่ายโอนสำหรับวงจรนี้คือ:

ตัวกรองลำดับที่สอง

ตัวกรองลำดับที่สองมักจะได้รับโดยทำการเชื่อมต่อตัวกรองลำดับที่หนึ่งเป็นลำดับเพื่อรับการตั้งค่าที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งอนุญาตให้เลือกการปรับความถี่ได้

นิพจน์ทั่วไปสำหรับฟังก์ชันถ่ายโอนของตัวกรองลำดับที่สองคือ:

เมื่อคุณทำลายตัวเศษและส่วนของนิพจน์คุณจะต้อง:

- N (jω) คือพหุนามของดีกรี≤ 2

- W _o คือความถี่เชิงมุมของตัวกรองและกำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

ในสมการนี้ f _o คือความถี่ลักษณะของตัวกรอง ในกรณีที่มีวงจร RLC (ความต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุในซีรีส์) ความถี่คุณลักษณะของตัวกรองเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่เรโซแนนซ์ของตัวกรอง

ในทางกลับกันเสียงสะท้อนความถี่คือความถี่ที่ระบบถึงระดับสูงสุดของการสั่น

- ζเป็นปัจจัยทำให้หมาด ๆ ปัจจัยนี้กำหนดความจุของระบบเพื่อรองรับสัญญาณอินพุต

ในทางกลับกันจากปัจจัยการทำให้หมาด ๆ ปัจจัยคุณภาพตัวกรองจะได้รับผ่านการแสดงออกต่อไปนี้:

ขึ้นอยู่กับการออกแบบของความต้านทานของวงจรฟิลเตอร์ที่ใช้งานลำดับที่สองสามารถ: ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ, ฟิลเตอร์กรองความถี่สูงและฟิลเตอร์กรองความถี่

การใช้งาน

ฟิลเตอร์ที่ใช้งานจะใช้ในเครือข่ายไฟฟ้าเพื่อลดสัญญาณรบกวนในเครือข่ายเนื่องจากการเชื่อมต่อของโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้น

การรบกวนเหล่านี้สามารถแทรกซึมผ่านการรวมกันของฟิลเตอร์ที่ใช้งานและแบบพาสซีฟและการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์อินพุตและการกำหนดค่า RC ตลอดการชุมนุม

ในเครือข่ายพลังงานไฟฟ้าตัวกรองที่ใช้งานอยู่จะใช้เพื่อลดฮาร์มอนิกส์ปัจจุบันที่ไหลเวียนผ่านเครือข่ายระหว่างตัวกรองที่ใช้งานอยู่และโหนดการสร้างพลังงานไฟฟ้า

ตัวกรองที่ใช้งานอยู่จะช่วยปรับสมดุลกระแสกลับที่ไหลเวียนผ่านความเป็นกลางและเสียงประสานที่เกี่ยวข้องกับการไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าของระบบ

นอกจากนี้ฟิลเตอร์ที่ใช้งานตอบสนองฟังก์ชั่นที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับการแก้ไขตัวประกอบกำลังของระบบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อระหว่างกัน