المرشحات النشطة: الخصائص ، الأول والثاني ، التطبيقات
المرشحات النشطة هي تلك التي لديها مصادر مسيطرة أو عناصر نشطة ، مثل مضخمات التشغيل أو الترانزستورات أو الأنابيب المفرغة. من خلال دائرة إلكترونية ، يسمح المرشح بالامتثال لنمذجة وظيفة النقل التي تغير إشارة الدخل وتعطي إشارة خرج وفقًا للتصميم.
عادة ما يكون تكوين المرشح الإلكتروني انتقائيًا ومعيار الاختيار هو تردد إشارة الدخل. بسبب ما ورد أعلاه ، وفقًا لنوع الدائرة (في سلسلة أو بالتوازي) ، سيسمح المرشح بمرور بعض الإشارات ومنع مرور الباقي.
وبهذه الطريقة ، سيتم تمييز إشارة الخرج عن طريق تنقيتها وفقًا لمعايير تصميم الدائرة التي تشكل المرشح.
ملامح
- المرشحات النشطة هي المرشحات التمثيلية ، مما يعني أنها تعدل إشارة تمثيلية (مدخلات) حسب مكونات التردد.
- بفضل وجود المكونات النشطة (مضخمات التشغيل ، وأنابيب التفريغ ، الترانزستورات ، وما إلى ذلك) ، فإن هذا النوع من المرشحات يزيد القسم أو إشارة الخرج بأكملها ، فيما يتعلق بإشارة الدخل.
ويرجع ذلك إلى تضخيم الطاقة من خلال استخدام مكبرات الصوت التشغيلية (OPAMS). ما سبق يسهل الحصول على صدى وعامل جودة عالية ، دون الحاجة إلى استخدام المحاثات. من ناحية أخرى ، فإن عامل الجودة - المعروف أيضًا باسم عامل Q - هو مقياس لحدة وفعالية الرنين.
- المرشحات النشطة يمكن أن تجمع بين المكونات النشطة وغير الفعالة. هذه الأخيرة هي المكونات الأساسية للدوائر: المقاومات والمكثفات والمحاثات.
- تسمح المرشحات النشطة باتصالات التتالي ، ويتم تكوينها لتضخيم الإشارات والسماح بالتكامل بين دائرتين أو أكثر إذا لزم الأمر.
- في حالة احتواء الدائرة على مضخمات تشغيلية ، فإن الجهد الناتج للدائرة يكون محدودًا بجهد تشبع هذه العناصر.
- اعتمادًا على نوع الدائرة ، والقيم الاسمية للعناصر النشطة والسلبية ، يمكن تصميم المرشح النشط لتوفير مقاومة عالية للإدخال ومقاومة صغيرة في الخرج.
- صناعة المرشحات الفعالة اقتصادية مقارنة بأنواع التجميعات الأخرى.
- للعمل ، تحتاج المرشحات النشطة إلى مصدر طاقة ، ويفضل أن يكون متماثلًا.
مرشحات من الدرجة الأولى
يتم استخدام مرشحات الترتيب الأول لتخفيف الإشارات التي تزيد عن أو تقل عن درجة الرفض ، بمضاعفات 6 ديسيبل في كل مرة يتم فيها مضاعفة التردد. عادةً ما يتم تمثيل هذا النوع من التجميعات بواسطة وظيفة النقل التالية:
عندما تقوم بتقسيم البسط وقاسم التعبير ، يتعين عليك:
- N (jω) كثير الحدود من الدرجة ≤ 1
- t هو معكوس التردد الزاوي للمرشح
- W c هو التردد الزاوي للمرشح ، وتعطى بالمعادلة التالية:
في التعبير المذكور f c هو تردد القطع للمرشح.
تردد القطع هو ذلك الحد من التردد للمرشح الذي يسببه توهين الإشارة. اعتمادًا على تكوين المرشح (تمرير منخفض ، تمرير مرتفع ، تمرير شريط أو إلغاء نطاق) ، يتم تقديم تأثير تصميم المرشح ، على وجه التحديد ، من تردد القطع.
في حالة معينة من المرشحات من الدرجة الأولى ، يمكن أن تكون هذه فقط تمرير منخفض أو تمرير عالية.
مرشحات تمرير منخفضة
هذا النوع من المرشحات يسمح بمرور الترددات المنخفضة ، ويخفف أو يمنع الترددات فوق تردد القطع.
وظيفة النقل لمرشحات تمرير منخفض هي كما يلي:
استجابة السعة والمرحلة في وظيفة النقل هذه هي:
يمكن للمرشح منخفض التمرير أن يفي بوظيفة التصميم باستخدام مقاومات الإدخال والتفريغ الأرضي ، إلى جانب مضخمات التشغيل وتكوينات المقاوم والمكثف بشكل متوازٍ. فيما يلي مثال لدائرة نشطة منخفضة العاكس:
معلمات وظيفة النقل لهذه الدائرة هي:
مرشحات تمر عالية
من ناحية أخرى ، فلاتر التمرير العالية لها تأثير معاكس ، بالمقارنة مع مرشحات التمرير المنخفض. أي أن هذا النوع من المرشحات يخفف الترددات المنخفضة ويسمح بمرور الترددات العالية.
حتى ، اعتمادًا على تكوين الدائرة ، يمكن للمرشحات النشطة ذات الممرات العالية تضخيم الإشارات إذا كانت لديها مكبرات تشغيلية مُرتبة خصيصًا لهذا الغرض. تتمثل وظيفة النقل لمرشح نشط عالي المستوى من الدرجة الأولى كما يلي:
استجابة السعة ومرحلة النظام هي:
يستخدم مرشح تمرير عالي الفعالية مقاومات ومكثفات متسلسلة في مدخلات الدائرة ، وكذلك مقاوم في مسار التفريغ إلى الأرض ، لتحقيق وظيفة معاوقة التغذية المرتدة. فيما يلي مثال لدائرة عاكس عالية التمرين نشطة:
معلمات وظيفة النقل لهذه الدائرة هي:
مرشحات من الدرجة الثانية
عادةً ما يتم الحصول على مرشحات من الدرجة الثانية عن طريق إجراء اتصالات عامل تصفية من الدرجة الأولى في سلسلة ، للحصول على إعداد أكثر تعقيدًا يسمح بضبط التردد بشكل انتقائي.
التعبير العام لوظيفة النقل لمرشح من الدرجة الثانية هو:
عندما تقوم بتقسيم البسط وقاسم التعبير ، يتعين عليك:
- N (jω) كثير الحدود من الدرجة ≤ 2.
- W o هو التردد الزاوي للمرشح ، وتعطى بالمعادلة التالية:
في هذه المعادلة f o هو التردد المميز للمرشح. في حالة وجود دائرة RLC (المقاومة ، محث ومكثف في السلسلة) ، يتزامن التردد المميز للمرشح مع تردد الرنين للمرشح.
بدوره ، فإن تردد الرنين هو التردد الذي يصل به النظام إلى أقصى درجة من التذبذب.
- ζ هو عامل التخميد. يحدد هذا العامل قدرة النظام على تخفيف إشارة الدخل.
بدوره ، من عامل التخميد ، يتم الحصول على عامل جودة المرشح من خلال التعبير التالي:
اعتمادًا على تصميم ممانعات الدائرة ، يمكن أن تكون المرشحات النشطة من الدرجة الثانية: مرشحات تمرير منخفضة ، مرشحات تمرير عالية ومرشحات ممر الموجة.
تطبيقات
يتم استخدام المرشحات النشطة في الشبكات الكهربائية لتقليل الاضطرابات في الشبكة ، بسبب اتصال الأحمال غير الخطية.
يمكن أن تتخلل هذه الاضطرابات من خلال الجمع بين المرشحات النشطة والسلبية ، والاختلاف في المعاوقات المدخلات وتكوينات RC في جميع أنحاء التجمع.
في شبكات الطاقة الكهربائية ، يتم استخدام المرشحات النشطة لتقليل التوافقيات الحالية التي تدور عبر الشبكة بين المرشح النشط وعقدة توليد الطاقة الكهربائية.
وبالمثل ، تساعد المرشحات النشطة على موازنة التيارات المرتجعة التي تدور من خلال المحايد ، والتوافقيات المرتبطة بهذا التدفق الحالي وفولطية النظام.
بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي المرشحات النشطة وظيفة ممتازة فيما يتعلق بتصحيح معامل القدرة للأنظمة الكهربائية المترابطة.
