The kaistanpäästösuodatin mahdollistaa signaalien syöttämisen kahden tietyn taajuuden välillä, vaikka erottaa nämä signaalit muilla taajuuksilla. Tämän tyyppisiä kaistanpäästösuotimia on saatavana eri tyyppejä; osa kaistanpäästösuodattimen suunnittelusta on tehty ulkoisella teholla ja aktiivisilla komponenteilla, kuten; transistorit ja integroidut piirit, joita kutsutaan aktiiviseksi BPF:ksi. Samoin jotkin suodattimet käyttävät mitä tahansa virtalähdettä ja passiivisia komponentteja, kuten keloja ja kondensaattoreita, joita kutsutaan passiivisiksi BPF:iksi. Nämä suodattimet soveltuvat langattomiin lähettimiin ja vastaanottimiin.
Lähettimen BPF:tä käytetään lähtösignaalin kaistanleveyden rajoittamiseen vähiten vaaditulle tasolle ja tiedon lähettämiseen ihanteellisella nopeudella ja muodossa. Vastaavasti tämä vastaanottimen suodatin mahdollistaa halutun taajuustason signaalien dekoodauksen pitäen samalla poissa signaaleista tarpeettomilla taajuuksilla. Vastaanottimen S/N-suhde optimoidaan kaistanpäästösuodattimen avulla. Tämä artikkeli sisältää lyhyttä tietoa an aktiivinen kaistanpäästösuodatin .
Mikä on aktiivinen kaistanpäästösuodatin?
Kaistanpäästösuodatintyyppi, joka käyttää aktiivisia komponentteja, kuten operaatiovahvistin , yhdessä suodattimen muodostavien vastusten ja kondensaattorien kanssa tunnetaan aktiivisena kaistanpäästösuodattimena. Nämä kaistanpäästösuodattimet vahvistavat tulosignaalia suodatuksen lisäksi, vaikka ne tarvitsevatkin ulkoisen virtalähteen.
Tämä kaistanpäästösuodatin on suunniteltu yhdistämällä HPF, vahvistin ja LPF alla olevan kuvan mukaisesti. HPF:n ja LPF:n välissä oleva vahvistinpiiri tarjoaa eristyksen ja kokonaisjännitevahvistuksen. Molempien suodattimien katkaisutaajuusarvot tulee säilyttää pienimmällä vaihtelulla. Jos tämä vaihtelu on erittäin pieni, alipäästö- ja ylipäästövaiheen välillä on vuorovaikutuksen mahdollisuus. Siksi tarvitaan vahvistinpiiri. näiden rajataajuuksien oikeat tasot.
Aktiivisen kaistanpäästösuodattimen toimintaperiaate
Aktiivinen kaistanpäästösuodatin toimii vaimentamalla taajuuksia, jotka ovat taajuusalueen (eli päästökaistan tai suodattimen kaistanleveyden) ylä- tai alapuolella. Mikä tahansa signaali, jonka taajuus on tällä kaistanpäästöalueella, kulkee yksinkertaisesti suodattimen läpi. Kaikki kaistanpäästön ulkopuolella olevat taajuudet pienenevät tai vaimentuvat.
Aktiivinen kaistanpäästösuodatin
Aktiivinen kaistanpäästösuodatinpiiri on esitetty alla. Tämä piiri voidaan suunnitella peräkkäin yksittäisiä alipäästö- ja ylipäästösuotimia yhteen. Se antaa matalan 'laatutekijän' tyypin suodattimen, joka sisältää laajan päästökaistan. Aktiivisen kaistanpäästösuodattimen ensisijainen vaihe on ylipäästöaste, joka käyttää kondensaattoria estämään kaikki DC-esijännitykset päälähteestä.
Tällä piirisuunnittelulla on se etu, että se tuottaa melko tasaisen epäsymmetrisen päästökaistan taajuusvasteen yhden puoliskon kautta, mikä tarkoittaa alipäästövastetta, kun taas loput puolikkaat merkitsevät ylipäästövastetta.
Ylempi kulmapiste 'ƒH' ja alemman kulman taajuuden rajapiste 'ƒL' lasketaan samalla tavalla kuin aiemmin normaaleissa ensimmäisen asteen LPF- ja HPF-piireissä.
Kohtuullinen ero on tarpeen kahden rajapisteen välillä, jotta vältetään vuorovaikutus LPF- ja HPF-vaiheiden välillä. Vahvistin auttaa tarjoamaan eristyksen kahden suodatinasteen välillä kuvaamaan suodatinpiirin kokonaisjännitevahvistusta. Siksi suodattimen kaistanleveys on ero korkeampien ja alempien -3 dB pisteiden välillä. Aktiivisen BPF:n normalisoitu taajuusvaste ja vaihesiirto ovat seuraavat.
Taajuusvaste
Kun yllä oleva passiivisesti viritetty suodatinpiiri toimii BPF:nä, kaistanleveys voi olla melko laaja. Tämä voi olla ongelma, jos haluamme erottaa taajuudet pienellä kaistalla. Aktiivinen kaistanpäästösuodatin voidaan suunnitella myös invertoivalla operaatiovahvistimella.
Siten järjestämällä uudelleen vastusten ja kondensaattorien paikat suodattimessa voimme luoda paljon paremman suodatinpiirin. Alempi -3 dB:n raja-piste on määritetty 'ƒC1':llä aktiiviselle BPF:lle, kun taas korkeampi -3 dB -rajapiste on määritetty 'ƒC2:lla'.
Yllä olevassa suodattimessa on kaksi keskitaajuutta HPF ja LPF. The ylipäästösuodatin keskitaajuuden tulee olla matalampi verrattuna LPF:n keskitaajuuteen.
BPF:n keskitaajuus on ylempien ja alempien rajataajuuksien geometrinen keskiarvo, kuten; fr2 = fH x fL.
Aktiivisen BPF:n vahvistus on 20 log (Vout/Vin) dB/Decade.
Amplitudivaste liittyy LPF- ja HPF-vasteisiin. Vastekäyrä riippuu pääasiassa kaskadisuodattimen järjestyksestä.
Q-tekijä
Todellisen päästökaistan kokonaisleveys aktiivisen kaistanpäästösuodattimen ylemmän ja alemman -3 dB:n kulmapisteen välillä ratkaisee piirin Q-kertoimen. Q-tekijän arvo on pienempi kuin suodattimen kaistanleveys on leveämpi. Tämän seurauksena Q-kerroin on suurempi, suodatin on kapeampi.
Joskus aktiivisen kaistanpäästösuotimen Q-tekijää merkitään kreikkalaisella symbolilla 'α' ja sitä kutsutaan alfahuipputaajuudeksi.
α = 1/Q
Koska aktiivisen BPF:n 'Q' liittyy suodattimen vasteen 'terävyyteen' sen 'ƒr' (keskiresonanssitaajuuden) ympärillä, se voidaan kutsua myös vaimennuskertoimeksi (tai vaimennuskertoimeksi), koska suodattimessa on enemmän vaimennusta kuin suodattimella on tasaisempi vaste. Suodattimessa on vähemmän vaimennusta, suodattimen vaste on terävämpi.
Vaimennussuhde on merkitty kreikkalaisella symbolilla 'ξ'
ξ = a/2
Aktiivisen kaistanpäästösuodattimen laatutekijä on ƒr:n (Resonant Frequency) suhde BW:hen (kaistanleveys) korkeampien ja alempien -3 dB taajuuksien välillä.
Aktiivikaistanpäästösuodatintyypit
Aktiivisia kaistanpäästösuodattimia on kahdenlaisia; laajakaistanpäästösuodatin ja kapeakaistapäästösuodatin, joita käsitellään alla.
Laajakaistanpäästösuodatin
Jos laatutekijän (Q) arvo on alle kymmenen, päästökaista on leveä ja se antaa meille suuremman kaistanleveyden. Joten tämä BPF tunnetaan nimellä Wide Band Pass Filter. Laajakaistanpäästösuodattimessa korkean rajataajuuden tulisi olla suurempi verrattuna alempaan rajataajuuteen.
Ensinnäkin signaali kulkee HPF:n läpi, tämän tiedostolaitteen lähtösignaalilla on taipumus äärettömään, joka annetaan LPF:lle lopussa. Tämä LPF ohittaa korkeamman taajuuden signaalin.
Aina kun HPF on kaskadoitu LPF:n kautta, yksinkertainen BPF voidaan saada. Tämän suodattimen ymmärtämiseksi LPF- ja HPF-piirien järjestyksen tulisi olla samanlainen.
Yhden ensimmäisen asteen LPF:n ja HPF:n peräkkäinen käyttö antaa meille toisen asteen BPF:n. Järjestämällä kaksi ensimmäisen asteen LPF:ää kahden HPF:n kanssa muodostavat neljännen asteen BPF:n.
Tästä kaskadista johtuen piiri antaa huonolaatuisen tekijäarvon. Ensimmäisen kertaluvun HPF:n kondensaattori estää i/p-signaalin DC-biasoinnin.
Molemmilla pysäytyskaistoilla vahvistus on ± 20 dB per vuosikymmen toisen asteen suodatinkotelossa. LPF:n ja HPF:n tulee olla vain ensimmäisessä järjestyksessä.
Samoin aina kun kaksi suodatinta ovat toisessa järjestyksessä, vahvistuksen poisto molemmilla pysäytyskaistoilla on noin ± 40 dB/vuosikymmen.
Ilmaisu:
Kaistanpäästösuodattimen jännitevahvistuksen lauseke annetaan seuraavasti:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²)
Se saavutetaan sekä LPF:n että HPF:n yksittäisillä vahvistuksilla, joten molempien suodattimen vahvistukset annetaan muodossa;
Jännitteen vahvistus HPF:lle
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Jännitteen vahvistus LPF:lle
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
Missä 'Amax1' on HPF-asteen vahvistus & 'Amax2; on LPF-vaiheen voitto.
Laajakaistasuodattimen vaste on esitetty alla.
Kapeakaistainen päästösuodatin
Jos laatutekijäarvo on suurempi kuin kymmenen, päästökaista on kapea ja kaistanleveys on myös pienempi. Joten tämä suodatin tunnetaan nimellä kapeakaistainen suodatin.
Tämä suodatin käyttää vain yhtä aktiivista komponenttia, kuten op-amp, kahden sijaan. Tässä piirissä käytetty operaatiovahvistin on käänteisessä konfiguraatiossa. Tämän suodattimen operaatiovahvistuksen vahvistus on suurin 'fc'-keskitaajuudella.
Kapea kaistanpäästösuodatinpiiri on esitetty alla. Tulo syötetään operaatiovahvistimen invertoivaan tuloliittimeen, jolloin operaatiovahvistin tunnetaan invertoivassa konfiguraatiossa. Tämä kapea BPF-piiri antaa kapean BPF-vasteen.
Tämän suodatinpiirin jännitevahvistus on AV = – R2 / R1
Tämän suodatinpiirin rajataajuudet ovat;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Hyödyt ja haitat
The aktiivisen kaistanpäästösuodattimen edut Sisällytä seuraavat.
- Tämä suodatin auttaa lähettämään tai lähettämään halutun taajuusalueen signaalia, mikä auttaa säästämään energiaa.
- Tämä kaistanpäästösuodatin auttaa suodattamaan signaaleja kahden taajuusalueen välillä.
Aktiivisten kaistanpäästösuodattimien haittoja ovat seuraavat.
- Aktiivinen kaistanpäästösuodatin sallii vain halutun taajuusalueen läpäisemisen.
- Ne voivat olla liian rajoittavia, varsinkin kun niitä käytetään kapealla kaistanleveydellä. Tämä johtaa siis merkittävän taajuussisällön menetykseen, jolloin ääni tuntuu ontolta tai ohuelta.
- Nämä suodattimet ovat kalliita.
- Näissä suodattimissa on monimutkainen ohjausjärjestelmä.
- Niillä on rajoitettu taajuusalue.
Sovellukset
Aktiivisten kaistanpäästösuodattimien sovelluksia ovat seuraavat.
- Aktiivista kaistanpäästösuodatinta käytetään monissa optisissa sovelluksissa, kuten; satelliittiviestintä, tietoliikenne ja tiedonsiirto valomodulaatiossa.
- Näitä suodattimia käytetään audiolaitteissa eristämään taajuudet, jotka ovat kuultavissa 20 Hz - 20 kHz.
- Active BPF:ää käytetään langattomissa viestintäjärjestelmissä ei-toivottujen signaalien ja kohinan suodattamiseen viestinnän tehostamiseksi.
- Näitä suodattimia käytetään EDF-rengaslaserien virityksessä ja nopeassa tilassa.
- Tämän tyyppistä BPF:ää käytetään tasoittamaan EDF:n superfluoresoivien lähteiden o/p-spektri.
- Tätä suodatinta käytetään langattoman viestintäjärjestelmän signaalilähettimessä ja signaalivastaanottimessa.
- Näitä käytetään nykyisissä äänijärjestelmissä, kuten stereojärjestelmä, hajautetut kaiutinjärjestelmät, Dolby Music System jne.
- Tämän tyyppistä suodatinta käytetään taajuuden säätöön audiotaajuuskorjainpiireissä, LASER, LIDAR & SONAR-viestintäjärjestelmät.
- Tätä käytetään lääketieteellisissä laitteissa, kuten EKG:ssä, ja neurotieteissä tietojen keräämiseen ja analysointiin.
Missä aktiivista kaistanpäästösuodatinta käytetään?
Aktiivista kaistanpäästösuodatinta käytetään tietoliikennealalla, ja sitä käytetään myös äänitaajuusalueella 0 kHz - 20 kHz modeemeihin ja puheenkäsittelyyn. Näitä käytetään yleisesti langattomissa lähettimissä ja vastaanottimissa
Mitä eroa on aktiivisen ja passiivisen kaistanpäästösuodattimen välillä?
Aktiiviset suodattimet toimivat virtalähteellä, kun taas passiiviset suodattimet eivät tarvitse virtalähdettä. Passiivisen suodattimen lähtö muuttuu kuorman mukana, kun taas aktiivinen suodatin säilyttää suorituskykynsä kytketystä kuormasta riippumatta.
Mikä on kaistanpäästösuodattimen siirtofunktio?
Kaistanpäästösuodattimen käyttäytyminen voidaan kuvata matemaattisesti siirtofunktiolla. Tämä on monimutkainen toiminto, joka yhdistää suodattimen tulo- ja lähtösignaalit. Joten T.F saadaan kaavalla H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Mikä on suodattimen siirtotoiminto?
Suodattimen siirtofunktio on sen impulssivasteen Z-muunnos. Se sisältää kokonaisia toisen asteen yhtälöitä sekä osoittajassa että nimittäjässä. Se tarjoaa perustan alipäästö-, ylipäästö-, yhden taajuuden lovien ja kaistan hylkäämisominaisuuksien toteuttamiselle.
Y(z) = H(z)X(z) =(h(1)+h(2)z-1+⋯+h(n+1)z-n)X(z).
Tämä on siis yleiskuva aktiivisista kaistanpäästösuodatin, piiri, toimiva , tyypit ja sovellukset. Aktiiviset kaistanpäästösuodattimet ovat tärkeitä komponentteja elektronisissa piireissä, jotka läpäisevät tietyn taajuusalueen valikoivasti samalla kun vaimentavat muita. Nämä suodattimet tarjoavat useita etuja, kuten korkean tarkkuuden ja vahvistuksen. Aktiivisia BPF:itä käytetään yleisesti viestintäjärjestelmät sekä signaalinkäsittelyyn perustuvia sovelluksia, joissa vakaus ja korkea tarkkuus ovat välttämättömiä, kuten radiovastaanottimissa. Näitä käytetään monissa sovelluksissa, audio-, biolääketieteen ja radioviestinnässä. Tässä on kysymys sinulle, mikä on passiivinen kaistanpäästösuodatin?
