Filtros ativos

O que são filtros ativos?

O filtros ativos Eles são aqueles que têm fontes ou elementos ativos controlados, como amplificadores operacionais, transistores ou tubos de vácuo. Através de um circuito eletrônico, um filtro permite cumprir a modelagem de uma função de transferência que altera o sinal de entrada e fornece um sinal de saída de acordo com o projeto.

A configuração de um filtro eletrônico geralmente é seletiva e os critérios de seleção é a frequência do sinal de entrada. Devido ao exposto, dependendo do tipo de circuito (em série ou em paralelo), o filtro permitirá a passagem de certos sinais e bloqueará o restante do restante.

Dessa forma, o sinal de saída será caracterizado por ser refinado de acordo com os parâmetros de projeto do circuito que constitui o filtro.

Características de filtros ativos

- Os filtros ativos são filtros analógicos, o que implica que eles modificam um sinal analógico (entrada), dependendo dos componentes de frequência.

- Graças à presença de componentes ativos (amplificadores operacionais, tubos de vácuo, transistores, etc.), Esse tipo de filtros aumenta uma seção ou todo o sinal de saída, com relação ao sinal de entrada.

Isso se deve à amplificação da energia devido ao uso de amplificadores operacionais (Opams). Isso facilita a obtenção de ressonância e um fator de alta qualidade, sem usar indutores. Por sua parte, o fator de qualidade - também conhecido como fator Q é uma medida da acuidade e eficiência da ressonância.

- Filtros ativos podem combinar componentes ativos e passivos. Estes últimos são os componentes básicos dos circuitos: resistências, capacitores e indutores.

- Os filtros ativos permitem conexões em cascata, são configurados para ampliar sinais e permitir integração entre dois ou mais circuitos, se necessário.

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- No caso de o circuito ter amplificadores operacionais, a tensão de saída do circuito é limitada pela tensão de saturação desses elementos.

- Dependendo do tipo de circuito e dos valores nominais do ativo e dos passivos, o filtro ativo pode ser projetado para fornecer uma alta impedância de entrada e uma pequena impedância de saída.

- A fabricação de filtros ativos é econômica em comparação com outros tipos de assembléias.

- Para operar, os filtros ativos exigem uma fonte de alimentação, de preferência simétrica.

Filtros de primeira ordem

Os filtros de primeira ordem são usados ​​para mitigar os sinais acima ou abaixo do grau de rejeição, em múltiplos de 6 decibéis cada vez que a frequência é dobrada. Este tipo de assemblies é geralmente representado pela seguinte função de transferência:

Quando o numerador e o denominador da expressão, você precisa:

- N (jω) é um polinômio de grau ≤ 1

- t é o inverso da frequência angular do filtro

- C_c É a frequência angular do filtro e é dada pela seguinte equação:

Na referida expressão f_c É a frequência de corte do filtro.

A frequência de corte é que limite a frequência do filtro para o qual uma atenuação do sinal é induzida. Dependendo da configuração do filtro (passagem baixa, passagem alta, bandas que passam ou elimina bandas), o efeito do design do filtro é apresentado com precisão a partir da frequência de corte.

No caso particular de filtros de primeira ordem, estes só podem ser baixos ou altos.

Filtros de passagem baixa

Esse tipo de filtros permite as frequências mais baixas e atenua ou suprime as frequências maiores que a frequência de corte.

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A função de transferência para os filtros de passagem baixa é a seguinte:

A amplitude e a resposta de fase desta função de transferência são:

Um filtro de passagem ativo baixo pode cumprir a função de design usando resistências de entrada e descarga do solo, juntamente com amplificadores operacionais e configurações de resistência e capacitores em paralelo. Abaixo está um exemplo de uma etapa de circuito ativo sob investidor:

Os parâmetros da função de transferência para este circuito são:

Os filtros passam alto

Por sua parte, os filtros de passagem alta têm um efeito oposto, em comparação com os filtros de passagem baixa. Isto é, esse tipo de filtros atenua as baixas frequências e permite que as altas frequências passem.

Mesmo, dependendo da configuração do circuito, os filtros de alto passo podem amplificar os sinais se eles tiverem amplificadores operacionais especialmente organizados para esse fim. A função de transferência de um filtro de etapa ativa alta de alta ordem é a seguinte:

A resposta em amplitude e na fase do sistema é:

Um filtro de passagem alta ativa usa capacitores de resistência e série na entrada do circuito, bem como uma resistência no caminho de aterramento, para cumprir a função da função de impedância de feedback. Abaixo está um exemplo de um inversor de alto circuito ativo:

Os parâmetros da função de transferência para este circuito são:

Filtros de segunda ordem

Os filtros de segunda ordem geralmente são obtidos ao fazer conexões de filtro de primeira ordem em série, para obter uma montagem mais complexa que permite que as frequências de ajuste seletivo seletivamente.

A expressão geral para a função de transferência de um filtro de segunda ordem é:

Quando o numerador e o denominador da expressão, você precisa:

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- N (jω) é um polinômio de grau ≤ 2.

- C_qualquer É a frequência angular do filtro e é dada pela seguinte equação:

Nesta equação f_qualquer É a frequência característica do filtro. Caso um circuito RLC (resistência, indutor e capacitor em série) seja.

Por sua vez, a frequência de ressonância é a frequência em que o sistema atinge seu grau máximo de oscilação.

- ζ é o fator de amortecimento. Este fator define a capacidade do sistema de amortecer o sinal de entrada.

Por sua vez, a partir do fator de amortecimento, o fator de qualidade do filtro é obtido através da seguinte expressão:

Dependendo do design das impedâncias do circuito, os filtros ativos de segunda ordem podem ser: filtros de etapa baixa, filtros de passagem alta e filtros de banda de passagem.

Aplicações de filtros ativos

Filtros ativos são usados ​​em redes elétricas para reduzir os distúrbios na rede, devido à conexão de cargas não lineares.

Esses distúrbios podem ser permeados combinando ativos e passivos, e a variação de impedâncias de entrada e configurações de RC em toda a assembléia.

Nas redes elétricas de energia, filtros ativos são usados ​​para reduzir os harmônicos atuais que circulam pela rede entre filtro ativo e nó de geração de energia elétrica.

Da mesma forma, os filtros ativos ajudam.

Além disso, os filtros ativos cumprem uma excelente função em relação à correção do fator de potência dos sistemas elétricos interconectados.