Filtro de energía de baja intensidad
Formas completamente diferentes de Filtros de Energía de Baja Marcha y Configuración
Filtro de energía
El filtro vivo es un tipo de filtro que incluye 1 o varios elementos vivos similares a los transistores, amplificadores u OP-Amps. A diferencia de los filtros pasivos, los filtros energéticos tienen un problema de amplificación que se puede modificar. Tienen una impedancia de entrada excesiva y una impedancia de salida baja que anula el impacto de la carga que se produce en los filtros pasivos.
Filtro de baja ir
El filtro de cruce bajo o LPF es un tipo de filtro que permite que las alertas tengan una frecuencia más baja que una frecuencia determinada, a menudo llamada frecuencia de corte, y bloquea las alertas de mayor frecuencia.
Los filtros de cruce bajo son de dos variedades
En este artículo sólo hablaremos del filtro de cruce animado, ya que ahora hemos definido los filtros de cruce pasivos en otro artículo. Los filtros energéticos de cruce bajo se clasifican en función del orden del filtro. Hablaremos de 1st & 2nd ordena filtros animados de baja cruz.
Filtro de primer orden energético de baja intensidad
El filtro energético de primer orden de baja cruz es un filtro fácil que es producto de un solo elemento reactivo, es decir, el condensador, junto con un elemento vivo Op-Amp. Se utiliza una resistencia con el condensador o el inductor para el filtro de cruce bajo de tipo RC o RL, respectivamente. En este artículo se mencionan brevemente los filtros RC de paso bajo que utilizan op-amps.
La tasa de caída del filtro de primer orden de cruce bajo es -20dB/década o -6dB/octava La tasa de reducción depende del orden del filtro.
Tasa de roll-off = -20n dB/década = -6n dB/octava
El lugar n = orden de filtrado
Hay que conocer la configuración fundamental de un op-amp antes de su implementación. El Op-Amp puede utilizarse en las siguientes configuraciones:
- Configuración no invasiva (seguidor de tensión)
- Buffer (unidad alcanzable)
- Configuración invertida
Presentación de asociados: Formas de filtrar el exceso de pasividad
Configuración no invertida o de seguimiento de tensión:
Como ya sabes, en la configuración de seguidor de tensión, la señal de entrada se utiliza en el terminal optimista del Op-Amp. La tensión de salida está en parte con la tensión de entrada, por lo que se conoce como seguidor de tensión. Sin embargo, para conseguir el resultado especificado (bajo filtro cruzado), el esquema puede diseñarse en muchas configuraciones.
Hablemos de dos configuraciones de este tipo, cada una con algunas ventajas sobre la otra.
Configuración de Op-Amps comunes:
La configuración habitual consiste en utilizar el Op-amp como amplificador independiente a la salida de un circuito de filtro RC Low Go convencional. Se puede realizar a partir de los esquemas que se dan a continuación.
El rango de este amplificador seguidor de tensión viene dado por :
Conseguir = A = 1+ (R2/R1)
Podemos utilizarlo con o sin amplificación, en función de las necesidades del filtro.
Configuración de los logros de la unidad o del búfer
En esta configuración, el rango del Op-Amp sigue siendo la unidad (uno), es decir, la amplitud de la señal de salida es la misma que la de la señal de entrada. No existe una resistencia de entrada, por lo que el rango del Op-Amp (Amplificador) se convierte en 1.
A continuación se presenta el esquema de la unidad de seguimiento de tensión para conseguir un filtro transversal bajo.
La verdad es que es una configuración de seguidor de tensión, la señal de salida sería el mismo duplicado de la señal de entrada.
Instancia:
Vamos a simular una instancia de este esquema utilizando Proteus para juzgar la respuesta en frecuencia de este circuito.
La resistencia utilizada en este caso es de 10 KΩ y el condensador es de 104 nF.
Por tanto, la frecuencia de corte de este filtro puede ser
Aquí está el gráfico simulado con Proteus, que revela claramente que la frecuencia de esquina (frecuencia de corte) se encuentra realmente en -3dB.
La cuestión aquí es "por qué utilizamos un amplificador Op-Amp cuando no hay amplificación". La respuesta es, ofrecer una entrada excesiva y una baja impedancia de salida. Al utilizar la unidad consigue el op-amp entre las etapas de los amplificadores multietapa, asegura el máximo desplazamiento de la señal a la siguiente etapa.
Filtro no invasivo con amplificación:
Uno de estos filtros utiliza el Op-Amp como amplificador de tensión. La faceta de amplificación de esta configuración proporciona una tensión conseguida para cualquier señal de entrada más débil. A continuación se presenta el esquema de un filtro RC bajo transversal no inversor;
La parte principal del circuito, es decir, la resistencia R y el condensador C, es el filtro RC bajo estándar, que tiene las mismas propiedades que las mencionadas en los filtros RC bajos pasivos. La segunda parte del esquema anterior es el Op-Amp que proporciona la tensión conseguida.
La tensión alcanzada:
Sugiere la resistencia R2 & R1 son responsables de la gama de amplificadores. La ecuación utilizada para el rango de tensión del amplificador no inversor es
Lograr = Av = 1+ (R2/R1)
Frecuencia de corte;
La frecuencia de corte, también llamada frecuencia de -3dB, la decide el filtro RC conectado a la entrada del amplificador óptico. La frecuencia de -3dB viene dada por -3dB;
Alcanza la frecuencia de corte:
En los filtros pasivos, el alcance en la frecuencia de corte se tiene en cuenta en -3dB. Es decir, como resultado de los filtros pasivos, se consigue la unidad, es decir 0dB. Entonces el nivel de frecuencia de corte viene dado por 0dB - 3dB = -3dB
Mientras que la frecuencia del rango del filtro en la esquina puede ser de -3dB del rango del filtro.
la realización del filtro animado en decibelios es;
Alcances Av en dB = 20 log(Av)
Supongamos que el filtro animado conseguido es 10dB. Por tanto, el rango en la frecuencia de corte de este filtro puede ser
Conseguir fc = 10dB - 3dB = 7dB
El sistema permitirá cualquier frecuencia por debajo de este nivel de corte y bloqueará cualquier frecuencia superior.
Así, el ancho de banda del sistema pasa a ser fc Hz.
Instancia:
Utilizaremos Proteus para la simulación de este circuito y su respuesta en frecuencia.
Las resistencias utilizadas en estos ejemplos son R = 10 kΩ, R1 = 1 kΩ y R2 = 9 KΩ
y el condensador C = 104 nF.
Por tanto, la frecuencia mínima del filtro es ;
el rango del filtro es;
El rango en dB;
Av = 20 log(10)
Av = 20 dB
Por tanto, el objetivo en la frecuencia de corte es
Conseguir fc = 20dB - 3dB = 17dB
Para corroborar nuestros cálculos, vamos a simular este circuito en Proteus y a considerar su respuesta en frecuencia.
A partir de la respuesta en frecuencia indicada anteriormente, puedes ver que la frecuencia de corte es de 153 Hz y alcanza los 17 dB.
El ancho de banda de este filtro es de 153 Hz.
Limitación:
Este diseño tiene un defecto. La impedancia de salida no cambia, pero la impedancia de entrada puede ser diferente debido a la impedancia de alimentación. Puede bajar o subir, lo que puede influir en las trazas de respuesta del filtro.
Diseño mejorado
Para mejorar el diseño del filtro mencionado anteriormente, se cambia el lugar del condensador del aspecto de entrada del circuito a la referencia paralela a la resistencia de entrada. De este modo, la impedancia de entrada recibida no tiene ningún efecto sobre la impedancia del filtro. El circuito para la no-inversión del filtro transversal bajo se da a continuación:
La frecuencia de corte de este filtro se calcula mediante la ecuación
El rango del filtro es idéntico porque el diseño anterior, es decir
Lograr = Av = 1+ (R2/R1)
Y el alcance en la frecuencia de corte calculado restando 3dB al alcance del filtro en dB.
Instancia:
Vamos a simular un circuito con el mismo valor de condensador y resistencia utilizando el programa informático Proteus.
La resistencia R2 = 9 kΩ & R1 = 1 kΩ y el condensador C = 104 nF.
Utilizando la ecuación de la frecuencia de corte, calculamos
El lugar donde se encuentra el rango del filtro;
Cambiar el rango del filtro en decibelios;
Av = 20 log(10)
Av = 20 dB
Por lo tanto, el objetivo en la frecuencia de corte es
Para llegar a fc = 20dB - 3dB = 17dB
El nivel de frecuencia de corte de 170 Hz está en el rango de 17 db. Podemos comprobarlo observando la respuesta en frecuencia del circuito con Proteus.
Filtro de amplificador invertido de baja intensidad:
Uno de estos filtros se realiza utilizando el amplificador de operación en configuración inversa. En la configuración inversa, la señal de entrada se utiliza para el terminal adverso del Op-Amp y el terminal optimista está conectado a tierra. La salida de este filtro está invertida, además la respuesta en frecuencia es idéntica a la del filtro no invertido.
El esquema del amplificador de filtro paso bajo inversor revela la señal de entrada utilizada para el terminal adversario del Op-Amp.
La ecuación de la frecuencia de corte de este filtro es
Además, el alcance del sistema se calcula mediante la ecuación
Av = - (R2/R1)
La señal adversa revela que la salida está invertida.
Se trata de un filtro de primer orden, lo que indica que la tasa de caída en la respuesta en frecuencia es -20dB/década o -6dB/octava.
A continuación se muestra un ejemplo de circuito de amplificador inversor de bajo cruce.
Supongamos que la resistencia R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ y Condensador C = 150 nF
La frecuencia de corte del filtro es;
La realización del Filtro es;
El rango de este filtro es de 10. La señal adversa implica que la salida está invertida.
Cambiar el rango en dB;
Av = 20 log(10)
Av = 20 dB
Por lo tanto, el objetivo en la frecuencia de corte es
Para llegar a fc = 20dB - 3dB = 17dB
El gráfico de respuesta en frecuencia de la instancia en cuestión se simula con Proteus. El gráfico revela claramente el nivel de 17 dB en el que la frecuencia del recoveco es de 106 Hz.
La frecuencia de corte se indica en la esquina posterior izquierda y el rango se indica en la esquina posterior adecuada para el nivel elegido. La frecuencia bloquea cualquier frecuencia superior de este nivel.
Filtro de Segundo Orden Energético de Baja Marcha:
El filtro de cruce de segundo orden de baja energía suele utilizarse para muchos fines.
Un filtro de segundo orden tiene una atenuación de 40 dB/década o 12 dB/octava. Mientras que el filtro de orden primario tiene 20 dB/década o 6dB/octava.
Para obtener un filtro de segundo orden, una técnica fácil es poner en cascada dos filtros de primer orden. Diferentes diseños de los dosnd los filtros de orden reciben el nombre de su inventor: filtro Sallen-Key, filtro Butterworth, filtro Chebyshev y Bessel, y muchos otros.
En cascada:
Dos filtros de primer orden en cascada presentan colectivamente un 2nd solicitar filtro. El esquema en cascada de dos 1st el filtro de orden se da desde abajo:
Este esquema muestra un filtro no inversor conectado en cascada. En cascada, dos filtros inversores encenderán incluso un 2nd pide un filtro con los mismos rasgos que este filtro.
Gama de filtros
El alcance del filtro de segundo orden es un producto del alcance de cada fase, es decir
Alcance, Av = As1 x As2
As1 = 1 + (R2/R1)
As2 = 1 + (R4/R3)
Si el alcance de cada fase se da en dB, el alcance total se calcula sumando cada factor positivo.
Av (en dB) = As1 + As2
Frecuencia de corte:
La ecuación para la frecuencia de corte es
si la resistencia Rs1 = Rs2 = R y condensador Cs1 = Cs2 = C entonces la ecuación se convierte en
O Alcanzando en la frecuencia de corte;
Como todos sabemos, el alcance en la frecuencia de corte de la fase primaria del filtro es de -3db. Idéntico porque el caso del filtro de segunda fase es idéntico. Si los mezclas colectivamente, el resultado en la frecuencia de corte de los filtros globales es de -6db. Vamos a comprobarlo en un caso.
Instancia:
Supongamos que Rs1 = Rs2 = 10 kΩ y condensador Cs1 = Cs2 = 150 nF y las resistencias alcanzadas R1 = 1KΩ, R2 = 9KΩ, R3 = 1KΩ, R4 = 1KΩ.
Por el hecho de que las resistencias y los condensadores de la comunidad RC tienen los mismos valores, la frecuencia de corte pasa a ser
El rango del amplificador de fase primario es;
El logro de la segunda etapa es;
Gama completa de filtros;
Av = 10 x 2
Av = 20;
El conjunto golpea en dB;
Av = 20 log(20)
Av ≈ 26 dB
Por lo tanto, el objetivo en la frecuencia de corte es
Para llegar a fc = 26 dB - 6 dB = 20dB.
Podemos comprobar el resultado del gráfico de respuesta en frecuencia simulado con Proteus.
Filtro Sallen-Key Low Go:
Los filtros de topología Sallen-Key presentan bastantes 2nd pide filtros selectivos de frecuencia junto con filtros de cruce bajo, cruce excesivo, cruce de banda y rechazo de banda.
Es un tipo de fuente de tensión gestionada (VSVS) que utiliza un solo amplificador óptico con dos condensadores y dos resistencias. Y, por supuesto, las 2 resistencias diferentes para el rango del filtro.
Hay dos redes de filtros RC, es decir, R1C1 & R2C2. Estos dos filtros definen las trazas de la respuesta en frecuencia del filtro.
La frecuencia de corte de este filtro es;
Si la resistencia R1 = R2 = R y el condensador C1 = C2 = C, la ecuación de la frecuencia de corte se convierte en
El rango del filtro viene dado por;
A = 1 + (Rb/Ra)
Pregunta Q. de alta calidad:
La pregunta estándar Q determina la conducta de la respuesta en frecuencia del sistema, es decir, los métodos bajo húmedo, sobre húmedo o críticamente húmedo. Estos métodos se mencionan a continuación;
Mientras que la ecuación de la pregunta estándar Q de un filtro Sallen-Key Low Go es;
La respuesta en frecuencia de un filtro Sallen-Key varía con llegar a A, Pregunta de alta calidad Q y el edición de amortiguación ζ (zeta). A (zeta) Q edición & problema de amortiguación ζ son inversamente proporcionales entre sí
Revela que el problema de Q depende del rango del filtro (contemplando que la resistencia y el condensador son iguales). Así que la gama A para un amplificador no inversor debe estar entre 3 y 1. El amortiguación edición ζ debe estar entre 0 y 2.
Ten en cuenta que estas circunstancias sólo se aplican cuando la resistencia R1 = R2 y los condensadores C1 = C2.
Métodos basados principalmente en la cuestión Q:
- Si Q < ½, el sistema conocido como Sobre amortiguado. El sistema tiene un problema de baja calidad. no oscilan en ninguna frecuencia. Un filtro de baja calidad actúa como un 1st filtro cruzado de bajo orden.
- Si Q = ½, el sistema conocido como En estado crítico, amortiguado. No oscilan en ninguna frecuencia similar a la de un filtro demasiado húmedo. Sin embargo, ha 40db/década o 12db/octava con su frecuencia de corte en -6db lograr debido a una tasa de roll-off más pronunciada. es un caso excelente para el filtro de 2º orden.
- Si Q > ½, el sistema conocido como Bajo la humedad tener un edición de alta calidad. Un sistema de este tipo oscila a una frecuencia cercana a la frecuencia de corte, a menudo llamada frecuencia de pico. Hay un gran rango en la frecuencia de pico debido a la oscilación del sistema.
Respuesta en frecuencia
A continuación se presenta el gráfico de respuesta en frecuencia para cada una de las situaciones anteriores.
Bajo la humedad situación con fc = 106 Hz, A = 2,98 = 9,48 db, Q = 50.
El valor de los elementos es, Resistencia R1 = R2 = 10 KΩ, condensador C1 = C2 = 150 nF. Ra = 10 KΩ, Rb = 19,8 KΩ
La respuesta revela que el sistema oscila en la frecuencia de corte más cercana con un rango enorme.
Amortiguado críticamente situación con fc = 106 Hz, A = 1 = 0db, Q = 1/2.
El valor de los elementos es, Resistencia R1 = R2 = 10 KΩ, condensador C1 = C2 = 150 nF. Ra = 0 Ω, Rb = 0 Ω
Esta respuesta técnica revela un 2nd solicitar filtro con 40db/década o 12db/octava tasa de desprendimiento con fc en -6db alcance.
Sobre la amortiguación situación con fc = 355 Hz, A = 2 ≈ 6db, Q = 1/10.
El valor de los elementos es, Resistencia R1 = 1KΩ, R2 = 10 KΩ, condensador C1 = C2 = 150 nF. Ra = 10 KΩ, Rb = 10 KΩ
La respuesta en frecuencia del sistema sobreamortiguado no tiene la curva pronunciada de un 2nd supuestamente el filtro de pedidos existente. Es la frecuencia de corte fcque es de 355 Hz está a -4,47 dB como aproximación a 0 dB (A - 6db).
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