فیلترهای الکترونیکی چیست
فیلترهای الکترونیکی، مدارهایی هستند که عملکرد توابع پردازش سیگنال را به ویژه برای حذف اجزای فرکانس ناخواسته از سیگنال، برای افزایش خواسته یا هر دو، انجام می دهند. فیلترهای الکترونیکی می توانند:
active (فعال) یا passive (غیرفعال)
آنالوگ یا دیجیتال
پایین گذر، بالا جگذر، میان گذر، تمام گذر، باند عبور، باند توقف .
زمان گسسته یا زمان مداوم
خطی یا غیر خطی
پاسخ ضربه نامحدود (نوع IIR ) و یا پاسخ ضربه محدود (نوع FIR)
متداول ترین نوع فیلترهای الکترونیکی فیلترهای خطی هستند.
فیلترهای Passive :
پیاده سازی های فیلترهای خطی passive بر اساس ترکیبی از مقاومت ( R )، سلف القایی ( L ) و خازن ها ( C ) است. این نوع فیلترها به طور کلی به عنوان فیلترهای passive شناخته می شوند، زیرا آنها وابسته به منبع تغذیه خارجی نیستند و یا شامل اجزای فعال مانند ترانزیستور نیستند.
القاء سیگنال های فرکانس بالا و رسانایی سیگنال های فرکانس پایین را مسدود می کند، در حالی که خازن ها معکوس این عمل را انجام می دهند. یک فیلتر که در آن سیگنال از طریق یک سلف عبور می کند ، یا در آن یک خازن مسیر را به زمین فراهم می کند، سیگنال های فرکانس پایین تر نسبت به سیگنال های فرکانس پایین را کاهش می دهد و بنابراین یک فیلتر پایین گذر است. اگر سیگنال از طریق یک خازن عبور می کند یا مسیری را به زمین از طریق یک سلف متصل می کند، پس از آن فیلتر کمتری نسبت به سیگنال های فرکانس پایین نسبت به سیگنال های فرکانس پایین ارائه می دهد و بنابراین یک فیلتر عبور بالا است. مقاومت به تنهایی خواص فرکانسی ندارند، اما به سنسورها و خازن ها برای تعیین زمان ثابت مدار و به همین ترتیب فرکانس هایی که پاسخ می دهند، اضافه می شوند.
سلف های القایی و خازن ها عناصر واكنش دهنده فيلتر هستند. تعداد این عناصر مرتبه ی فیلتر را تعیین می کند. در این زمینه، یک مدار مجازی LC که در فیلتر باند عبور یا باند متوقف استفاده می شود، یک عنصر تک محسوب می شود، هر چند که از دو جزء تشکیل شده است.
در فرکانس های بالا (بیش از 100 مگا هرتز)، گاهی اوقات سلف القایی از حلقه های تک یا نوار های ورق فلز تشکیل می شود و خازن ها از نوار های مجاور فلز تشکیل می شوند. این قطعات القایی یا خازنی فلز نامیده می شود.
انواع تک عنصری:
یک فیلتر الکترونیک پایین گذر که توسط یک مدار RC به دست می آید
ساده ترین فیلترهای passive هستند، فیلترهای RC و RL شامل تنها یک عنصر راکتیو است، به جز فیلتر هیبرید LC که توسط سلف القای و ظرفیت یکپارچه در یک عنصر مشخص می شود.
فیلتر L
یک فیلتر L شامل دو عنصر راکتیو، یکی به صورت سری و یک موازی است.
این نوع از فیلتر ها که به نام فیلترهای سه عنصر شناخته می شوند قابلیت توپولوژی T یا π را دارند و در هر دو حالت، یک پایین گذر ، بالا گذر، باند عبور یا توقف باند امکان پذیر است. بسته به ویژگی های فرکانس مورد نیاز، اجزای سازنده را می توان متقارن یا نا متقارن انتخاب کرد.
فیلتر T-high pass ، امپدانس بسیار کم در فرکانس های بالا و امپدانس بسیار بالا در فرکانس های پایین می باشد. این بدان معنی است که می توان آن را در یک خط انتقال وارد کرد، در نتیجه فرکانس های بالا منتقل می شود و فرکانس های پایین منعکس می شود. به همین ترتیب، برای فیلتر نشان داده شده کم عبور π ، مدار را می توان به یک خط انتقال متصل کرد که انتقال فرکانس پایین را میسر می کند و فرکانس بالا را منعکس می کند .
انواع عناصر چندگانه:
فیلترهای چندگانه معمولا به عنوان یک شبکه نردبان ساخته می شوند. این را می توان به عنوان یک ادامه از L ، T و طرح های π از فیلتر دیده می شود. عناصر چندگانه بیشتر زمانی مورد نیاز است که بعضی از پارامترهای فیلتر را مانند رد متوقف شدن باند یا شیب انتقال از باند فرکانس به باند متوقف بهبود بخشد
فیلترهای Active
فیلترهای active با استفاده از ترکیبی از اجزای passive و active (تقویت شده) اجرا می شوند و نیاز به یک منبع انرژی بیرونی دارند. تقویت کننده های عملیاتی اغلب در طرح های فیلتر active استفاده می شود. این می تواند فاکتور Q بالا داشته باشد و بدون استفاده از سلف ها بتواند رزونانس ایجاد کند. با این حال، محدودیت فرکانس بالای آنها توسط پهنای باند تقویت کننده محدود شده است.
