Umfassender Leitfaden zu Filtern (Bitte zuerst lesen!)

Inhalt

• In diesem Artikel werden wir einige grundlegende Konzepte im Zusammenhang mit Filtern und einige häufig gestellte Fragen diskutieren

• Was ist ein Filter? Filterdefinition
• Wie funktioniert ein Filter?
• Welche Typen stehen zur Verfügung?
• Was sind die aktiven Filter? Erklären Sie mit Definition
• Was sind die passiven Filter? Erklären Sie mit Definition
• Was sind die Konfliktpunkte zwischen aktiv und passiv? Typen.
• Was ist das Filtersymbol?
• Beispiele
• Was sind die Anwendungen von Filtern in der Optik- und Elektronikindustrie?
• Was ist die Antwortkurven für am häufigsten Typen?
• Was ist die Zeitantwort eines Filters?
• Was ist der Frequenzgang eines Filters?
• Was ist die Reihenfolge eines Filters?
• Wie unterscheidet sich die Ausgabe erster Ordnung von einem Filter zweiter Ordnung?
• Was ist Eckfrequenz, Grenzfrequenz, Unterbrechungsfrequenz
• Was ist Bandbreite (BW)?
• Was ist Resonanzfrequenz?
• Was sind Resonanzfilter?
• Was sind ideale und echte Filter?

Was ist ein Filter?

"Ein Filter ist ein frequenzselektives Netzwerk, das aus vier Anschlüssen mit reaktiven Elementen besteht, um eine bestimmte Bereichsfrequenz zu übertragen."

• Das durch sie übertragene Frequenzband wird aufgerufen Pass-Band.
• Das Frequenzband, das dadurch gedämpft wird, wird als gedämpft bezeichnet Stop-Band.

Es gibt zwei Arten von Filtern: Analog-Digital. Basierend auf den verwendeten Komponenten gibt es zwei Arten: Aktive Typen und Passive Typen.

Das folgende Bild zeigt ein Diagramm von aktiv Typen(einer der sehr beliebten und wichtigen Typen).

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Eigenschaften eines aktiven Filters

Wie die Titel vermuten lassen, diese tippes werden mit aktiven Komponenten hergestellt. Einige der aktiven Transistoren sind - Transistoren (BJT, FETs), alle anderen elektronischen Geräte, die in der Lage sind, ein Signal zu verstärken oder Leistungen zu erzeugen.

Wenn die Eigenschaften verbessert werden müssen, werden verschiedene Stufen auf bestimmte oder bestimmte Weise miteinander verbunden.

Wie entwerfe ich einen aktiven Tiefpassfilter?

Um einen aktiven zu entwerfen Typenkönnen wir IC741 verwenden, einen Operationsverstärker, der mit 8 Pins konfiguriert ist. Der Operationsverstärker ist zusammen mit Widerständen und Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten mit Gleichstrom zu versorgen.

Passive Filter

Passive Kunden Typen sind mit passiven Geräten ausgelegt.

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Vergleich von Aktiv und Passiv Typen

Ein aktiver Typ kann einen Vorteil haben, indem er die verfügbare Signalleistung im Vergleich zum Eingang erhöht. Während ein passiver Energie aus dem Signal ableitet. Für verschiedene Frequenzbereiche, zB bei Schallfrequenzen und darunter, eine aktive tippe kann eine spezifizierte Übertragungsfunktion ohne Verwendung von Induktivitäten realisieren, die im Gegensatz zu Widerständen und Kondensatoren vergleichsweise große und kostspielige Komponenten sind und deren Herstellung mit der wesentlichen hohen Qualität und präzisen Werten teurer ist.

Zahlreiche Stufen können kaskadiert werden, wenn Attribute verbessert werden sollen. Im Vergleich dazu muss bei der Anordnung mehrstufiger passiver Blocker die frequenzabhängige Belastung jeder Phase der vorherigen Stufe berücksichtigt werden. Da Induktivitäten nicht verwendet werden, können sie in sehr kompakten Abmessungen erreicht werden.

• Der passive Typ leidet unter der Dämpfung von Signalen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten; Eine beliebte Methode zur Kontrolle oder Wiederherstellung ist die Verwendung der Verstärkung durch Anwendungen vom Typ Active. Der Hauptkonfliktpunkt zwischen dem aktiven und dem passiven Typ ist die "Verstärkung".

• Im Vergleich zu einem passiven Typ bestehen aktive Typen aus aktiven Komponenten in Operationsverstärkern, Transistorenoder FETs innerhalb ihres Schaltungsdesigns, wie in früheren Abschnitten beschrieben. Diese Komponenten beziehen Strom aus der externen Stromquelle und verwenden ihn zur Verstärkung der Ausgabe. Das ist ein zusätzlicher Vorteil gegenüber einem passiven.

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Warum wird bei niedrigen Frequenzen ein aktiver Filter benötigt?

• Ein aktiver Typ wird bei niedrigeren Frequenzen benötigt, da er dazu beiträgt, eine niedrige Ausgangsimpedanz zu erreichen und gleichzeitig eine hohe Eingangsimpedanz bereitzustellen. Es stabilisiert auch verschiedene Frequenzbereiche, da mehrere Stufen damit kaskadiert werden können.

Unterschied zwischen aktiven und passiven Typen

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Diese können unter verschiedenen Gesichtspunkten kategorisiert und unterkategorisiert werden. Die gebräuchlichsten Abteilungen und Unterabteilungen sind aktive oder passive Abteilungen; Hochpass-Typ Tiefpass-Typ, Bandpass-Typ, Band-Reject / Notch-Typ oder All-Pass-Typ; zeitdiskreter oder zeitkontinuierlicher digitaler oder analoger Typ; linearer oder nichtlinearer Typ; unendliche Impulsantwort (IIR) oder endliche Impulsantwort (FIR) und so weiter.

Beispiele:

Aktiver Typs und Passiver Typs dienen dazu, ein bestimmtes Frequenzband auf die gewünschte Weise zu modifizieren. Sie haben je nach ihren Bedürfnissen unterschiedliche Typen. Die Kategorien sind unten angegeben.

• Tiefpassarten (LPF)
• Hochpassarten (HPF)
• Ein Bandpass-Typ (BPF)
• Bandabweisungs- / Stopptypen (BSF)

Sondermaschinen:

Sie werden heutzutage für viele Zwecke der elektronischen Schaltung verwendet, und ihre Anwendungen sind immens. Darüber hinaus ist es möglich, die Schaltungsverstärkung zu verbessern, indem verschiedene Filter auf unterschiedliche Weise verwendet werden, entweder aktive oder passive Typen, insbesondere bei aktiven Typen. Aktive Typen verwenden Verstärker, und wir wissen, dass dies zur Steigerung der Verstärkung beiträgt. In diesem Artikel werden in den folgenden Abschnitten zwei Typen erläutert, z. B. der Tiefpass-Typ, der Hochpass-Typ mit geeigneten Diagrammen und simulierten Wellenformen für den aktiven und den passiven Zustand, wobei die Verwendung von HPF und LPF höherer Ordnung wichtig ist.

In der Elektronik sind einige Anwendungen wie folgt:

• Im Funkkommunikationssystem zur Funkabstimmung auf eine bestimmte Frequenz: Sie werden verwendet, um Funkempfängern zu ermöglichen, nur das gewünschte Signal zu „sehen“ oder zu „erkennen“ und alle anderen Signale zurückzuweisen, indem sie ihre unterschiedliche Signalfrequenz annehmen. So können rauschfreie Signale empfangen werden. Die Hochfrequenzbandpass-Typen werden für die Kanalauswahl in zentralen Telefonbüros verwendet.
• Netzteil-Design: Sie werden verwendet, um Rauschen oder hohe Frequenzen zu entfernen, die normalerweise auf AC-Eingangsleitungen vorhanden sind. Diese werden auch angewendet, um die Welligkeit zu verringern.
• Analog-Digital-Wandlung (ADC): Sie werden in den meisten ADC-Eingaben verwendet, um das Aliasing zu minimieren.
• Ändern digitale Bilder: Es kann auch zum Ändern digitaler Bilder verwendet werden.
• Datenanalyse: Sie sind auch sehr hilfreich, um bestimmte Häufigkeiten bei der Datenanalyse zu entfernen.

Frequenzgang & Zeitgang:

Der Zeitbereich bezieht sich auf die Änderung der Signalamplitude in Bezug auf die Zeit. Im Frequenzbereich bezieht sich Frequenz dagegen auf das Auftreten eines Ereignisses in einem bestimmten Zeitraum.

Was ist Bandbreite (BW)?

Bei Filtern ist die Bandbreite die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren -3-dB-Punkt.

Wenn ein Bandpassfilter beispielsweise Grenzwerte von -3 dB hat und auf 200 Hz und 600 Hz eingestellt ist, beträgt die Filterbandbreite = (BW) = 600-200 = 400 Hz.

Was meinst du mit dem Q-Faktor?

Der Q-Faktor ist durch das Verhältnis der Resonanzfrequenz zum BW gegeben.

Q = 2 * π * (maximale gespeicherte Energiemenge) / (pro Zyklus verbrauchte Energie)

Ein größerer Q-Wert bedeutet, dass der Filter selektiver ist als Q-Faktor ist ein Parameter, der die Selektivität beurteilt.

Resonanzfrequenz

Die Resonanzfrequenz wird einfach durch die Frequenz der gegebenen Resonanzschaltung gegeben. Ein Resonanzkreis ist im Volksmund auch als Tankkreis oder LC-Kreis bekannt. Ein Resonanzkreis wird unter Verwendung parallel angeordneter Induktivitäten sowie Kondensatoren und Widerstände konstruiert.

 Die Schwingung eines Systems ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

Woher,

f = Frequenz in Hertz

L = Induktivität bei Henry

C = Kapazität in Farad

Bestellungen von Filtern

Filter höherer Ordnung lieferten bessere Abrollraten zwischen Durchlassbereich und Sperrbereich. Filter höherer Ordnung sind auch erforderlich, um die erforderlichen Dämpfungs- oder Schärfegrade der Grenzwerte zu erreichen.

Aktiver Typ und passiver Typ haben auch Variationen in verschiedenen Arten von Bestellungen, wie zum Beispiel:

• Aktive Tiefpassarten erster Ordnung, Hochpass aktiver erster Ordnung Typen, Bandpass erster Ordnung aktiv Typen, Band erster Ordnung ist nicht mehr aktiv Typen.
• Tiefpass zweiter Ordnung aktiv Typen, Hochpass zweiter Ordnung aktiv Typen, Bandpass zweiter Ordnung aktiv Typen, Band zweiter Ordnung stoppt aktiv Typen.

Der Frequenzgang zweiter Ordnung ist unten gezeigt -

Idealer Typ & Realer Typ:

Aus Gründen der Vereinfachung verwenden wir manchmal die aktiven Filter, um die Wege zu approximieren. Später werden sie modifiziert und als "idealer Filter" bezeichnet. Filter, die unter Berücksichtigung aller möglichen Faktoren in der Realität funktionieren, sind echte Filter.

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Soumali Bhattacharya

Hallo, ich bin Soumali Bhattacharya. Ich habe einen Master in Elektronik gemacht.
Ich bin derzeit im Bereich Elektronik und Kommunikation investiert.
Meine Artikel konzentrieren sich in einem sehr einfachen, aber informativen Ansatz auf die Hauptbereiche der Kernelektronik.
Ich bin ein lebhafter Lerner und versuche, mich über die neuesten Technologien im Bereich der Elektronik auf dem Laufenden zu halten.

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