그만큼 대역통과 필터 다른 주파수에서 이러한 신호를 분리하더라도 두 개의 특정 주파수 사이에 신호를 공급할 수 있습니다. 이러한 유형의 대역통과 필터는 다양한 유형으로 제공됩니다. 대역 통과 필터 설계 중 일부는 다음과 같은 외부 전원 및 활성 구성 요소로 만들어집니다. 능동 BPF라고 불리는 트랜지스터 및 집적 회로. 마찬가지로 일부 필터는 수동 BPF라고 하는 인덕터 및 커패시터와 같은 전원 및 수동 구성 요소를 활용합니다. 이 필터는 무선 송신기 및 수신기에 적용 가능합니다.
송신기의 BPF는 출력 신호의 대역폭을 최소한으로 필요한 수준으로 제한하고 이상적인 속도와 형태로 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 마찬가지로 수신기의 이 필터를 사용하면 선호하는 주파수 레벨 내의 신호를 디코딩하는 동시에 불필요한 주파수의 신호는 차단할 수 있습니다. 대역 통과 필터를 통해 수신기의 S/N 비율이 최적화됩니다. 이 문서에서는 다음 사항에 대한 간략한 정보를 제공합니다. 활성 대역 통과 필터 .
능동 대역 통과 필터란 무엇입니까?
다음과 같은 능동 구성 요소를 사용하는 일종의 대역 통과 필터입니다. 연산 증폭기 , 필터를 형성하는 저항기 및 커패시터와 함께 활성 대역 통과 필터로 알려져 있습니다. 이러한 대역 통과 필터는 외부 전원이 필요하지만 필터링 외에도 입력 신호를 증폭합니다.
이 대역 통과 필터는 아래 그림과 같이 HPF, 증폭기 및 LPF를 직렬 연결하여 설계되었습니다. HPF와 LPF 사이의 증폭기 회로는 절연을 제공하고 전체 전압 이득을 제공합니다. 두 필터의 차단 주파수 값은 최소 편차로 유지되어야 합니다. 이 변화가 극히 작으면 저역 통과 단계와 고역 통과 단계 사이에 상호 작용이 발생할 가능성이 있습니다. 따라서 증폭회로가 필요하다. 이러한 차단 주파수의 올바른 수준을 갖습니다.
활성 대역 통과 필터 작동 원리
능동형 대역통과 필터는 주파수 범위(예: 통과대역 또는 필터의 대역폭) 위 또는 아래의 주파수를 감쇠하여 작동합니다. 해당 대역통과 범위의 주파수를 갖는 모든 신호는 간단히 필터를 통과합니다. 대역 통과 범위를 벗어나는 모든 주파수는 감소되거나 감쇠됩니다.
능동 대역 통과 필터 설계
능동 대역 통과 필터 회로는 다음과 같습니다. 이 회로는 개별 저역 통과 및 고역 통과 수동 필터를 함께 계단식으로 연결하여 설계할 수 있습니다. 이는 넓은 통과 대역을 포함하는 낮은 '품질 요소' 유형 필터를 제공합니다. 능동 대역 통과 필터의 기본 단계는 주 소스로부터의 DC 바이어싱을 차단하기 위해 커패시터를 활용하는 고역 통과 단계입니다.
이 회로 설계는 저역 통과 응답을 나타내는 단일 절반을 통해 상당히 평평한 비대칭 통과 대역 주파수 응답을 생성하는 반면 나머지 절반은 고역 통과 응답을 나타내는 이점이 있습니다.
더 높은 코너 지점 'fH'와 더 낮은 코너 주파수 차단 지점 'fL'은 일반 1차 LPF 및 HPF 회로에서 이전과 동일하게 계산됩니다.
LPF와 HPF 단계 사이의 상호 작용을 방지하려면 두 컷오프 지점 사이에 합리적인 분리가 필요합니다. 증폭기는 필터 회로의 전체 전압 이득을 설명하기 위해 두 필터 단계 사이의 절연을 제공하는 데 도움이 됩니다. 따라서 필터 대역폭은 더 높은 지점과 더 낮은 -3dB 지점 사이의 차이입니다. 활성 BPF의 정규화된 주파수 응답 및 위상 변이는 다음과 같습니다.
주파수 응답
위의 수동 조정 필터 회로가 BPF로 작동하면 대역폭이 상당히 넓어질 수 있습니다. 작은 대역으로 주파수를 분리하려는 경우 이는 문제가 될 수 있습니다. 능동 대역통과 필터는 반전 연산 증폭기를 사용하여 설계할 수도 있습니다.
따라서 필터에서 저항과 커패시터의 위치를 재구성함으로써 훨씬 더 나은 필터 회로를 생성할 수 있습니다. 활성 BPF에 대해 더 낮은 컷오프 -3dB 포인트는 'fC1'로 지정되고, 더 높은 컷오프 -3dB 포인트는 'fC2'로 지정됩니다.
위 필터에는 두 개의 중심 주파수 HPF와 LPF가 있습니다. 그만큼 하이패스 필터 중심 주파수는 LPF의 중심 주파수에 비해 낮아야 합니다.
BPF의 중심 주파수는 다음과 같은 상위 및 하위 차단 주파수의 기하 평균입니다. fr2 = fH x fL.
활성 BPF의 이득은 20log(Vout/Vin)dB/Decade입니다.
진폭 응답은 LPF 및 HPF 응답과 관련됩니다. 응답 곡선은 주로 계단식 필터의 차수에 따라 달라집니다.
Q 팩터
능동 대역통과 필터의 상단 및 하단 -3dB 모서리 지점 사이에 있는 실제 통과대역의 전체 폭이 회로의 Q 인자를 결정합니다. Q 인자 값이 낮을수록 필터의 대역폭은 더 넓어집니다. 결과적으로 Q 팩터가 높을수록 필터는 더 좁아집니다.
때로는 능동 대역통과 필터의 Q 인자를 그리스 기호 'α'로 표시하며 알파 피크 주파수라고 합니다.
α = 1/Q
“서지 보호기 작동 방식 ”
활성 BPF의 'Q'는 'fr'(중심 공진 주파수) 주변의 필터 응답의 '선명도'와 관련되므로 필터가 다음을 갖기 때문에 감쇠 계수(또는) 감쇠 계수로도 알려질 수 있습니다. 댐핑이 더 많으면 필터의 반응이 더 평탄해집니다. 필터의 댐핑이 적고 필터 반응이 더 선명합니다.
감쇠비는 그리스 기호 'ξ'로 표시됩니다.
ξ = a/2
능동형 대역 통과 필터의 품질 계수는 더 높은 주파수와 더 낮은 -3dB 주파수 사이의 BW(대역폭)에 대한 fr(공진 주파수)의 비율입니다.
활성 대역 통과 필터 유형
활성 대역 통과 필터에는 두 가지 유형이 있습니다. 아래에서 설명하는 광대역 통과 필터와 협대역 통과 필터.
광대역 통과 필터
품질 인자(Q) 값이 10 미만이면 통과 대역이 넓어서 더 큰 대역폭을 제공합니다. 따라서 이 BPF를 광대역 통과 필터라고 합니다. 광대역 통과 필터에서는 높은 차단 주파수가 낮은 차단 주파수에 비해 더 커야 합니다.
첫째, 신호는 HPF를 통과하며, 이 필터의 출력 신호는 마지막에 LPF에 제공되는 무한대 경향이 있습니다. 이 LPF는 더 높은 주파수 신호를 로우 패스합니다.
HPF가 LPF를 통해 계단식으로 연결될 때마다 단순 BPF를 얻을 수 있습니다. 이 필터를 이해하려면 LPF와 HPF 회로의 순서가 유사해야 합니다.
하나의 1차 LPF와 HPF를 계단식으로 연결하면 2차 BPF가 제공됩니다. 2개의 1차 LPF와 2개의 HPF를 계단식으로 연결하면 4차 BPF가 형성됩니다.
이러한 계단식 연결로 인해 회로는 낮은 품질의 요소 값을 제공합니다. 1차 HPF 내의 커패시터는 i/p 신호의 DC 바이어싱을 차단합니다.
두 정지 대역 모두에서 게인 롤오프는 2차 필터의 경우 10년당 ± 20dB입니다. LPF와 HPF는 1차 순서로만 이루어져야 합니다.
마찬가지로 두 필터가 2차 순서일 때마다 두 정지 대역 모두에서 게인 롤오프는 약 ± 40dB/Decade입니다.
표현:
대역통과 필터 전압 이득에 대한 표현식은 다음과 같습니다.
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
이는 LPF와 HPF의 개별 이득에 의해 달성되므로 두 필터의 이득은 다음과 같이 주어집니다.
HPF의 전압 이득
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
LPF의 전압 이득
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
여기서 'Amax1'은 HPF 스테이지의 이득이고 'Amax2; LPF 스테이지의 이득입니다.
광대역 필터 응답은 아래와 같습니다.
협대역 통과 필터
품질 계수 값이 10보다 높으면 통과 대역이 좁아지고 통과 대역 대역폭도 작아집니다. 따라서 이 필터를 협대역 통과 필터라고 합니다.
이 필터는 두 개가 아닌 연산 증폭기와 같은 하나의 활성 구성 요소만 사용합니다. 이 회로에 사용된 연산 증폭기는 반전 구성입니다. 이 필터의 연산 증폭기 이득은 'fc' 중심 주파수에서 최대입니다.
협대역통과 필터 회로는 아래와 같습니다. 입력은 연산 증폭기의 반전 입력 단자에 제공되며 연산 증폭기는 반전 구성으로 알려져 있습니다. 이 좁은 BPF 회로는 좁은 BPF 응답을 제공합니다.
이 필터 회로의 전압 이득은 AV = – R2 / R1입니다.
이 필터 회로의 차단 주파수는 다음과 같습니다.
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
장점과 단점
그만큼 능동 대역 통과 필터의 장점 다음을 포함합니다.
- 이 필터는 선호하는 주파수 범위 신호를 보내거나 전송하는 데 도움이 되므로 에너지 절약에 도움이 됩니다.
- 이 대역통과 필터는 두 주파수 범위 사이의 신호를 필터링하는 데 도움이 됩니다.
능동 대역통과 필터의 단점은 다음과 같습니다.
- 능동형 대역통과 필터는 선호하는 주파수 범위만 통과하도록 허용합니다.
- 이는 특히 좁은 대역폭으로 활용될 때마다 지나치게 제한적일 수 있습니다. 따라서 이로 인해 사운드가 공허하거나 얇아지는 느낌을 주기 위해 상당한 주파수 내용이 손실됩니다.
- 이 필터는 비싸요.
- 이러한 필터에는 복잡한 제어 시스템이 있습니다.
- 주파수 범위가 제한되어 있습니다.
응용
능동 대역통과 필터의 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 능동 대역 통과 필터는 다음과 같은 많은 광학 응용 분야에 사용됩니다. 위성 통신, 통신 및 광 변조 데이터 전송.
- 이 필터는 오디오 장비에서 20Hz~20kHz의 가청 범위에 있는 주파수를 분리하는 데 사용됩니다.
- Active BPF는 무선 통신 시스템에서 원하지 않는 신호와 잡음을 필터링하여 통신의 우수성을 향상시키는 데 사용됩니다.
- 이 필터는 EDF 링 레이저의 튜닝 및 고속 모드 잠금에 사용됩니다.
- 이 유형의 BPF는 EDF 초형광 광원의 o/p 스펙트럼을 평준화하는 데 사용됩니다.
- 이 필터는 무선 통신 시스템의 신호 송신기 및 신호 수신기에 사용됩니다.
- 이는 스테레오 시스템, 분산 스피커 시스템, Dolby Music System 등과 같은 현재 오디오 시스템에 사용됩니다.
- 이 유형의 필터는 오디오 이퀄라이저 회로, LASER, 라이더 & SONAR 통신 시스템.
- 이는 ECG와 같은 의료 기기 및 신경 과학에서 데이터를 수집하고 분석하는 데 사용됩니다.
활성 대역 통과 필터는 어디에 사용됩니까?
능동 대역통과 필터는 통신 분야에서 사용되며 모뎀 및 음성 처리를 위해 0kHz ~ 20kHz의 오디오 주파수 범위 내에서도 사용됩니다. 이는 무선 송신기 및 수신기에 일반적으로 사용됩니다.
능동 및 수동 대역 통과 필터의 차이점은 무엇입니까?
능동 필터는 전원으로 작동하는 반면 수동 필터는 전원이 필요하지 않습니다. 수동 필터 출력은 부하에 따라 변경되지만 능동 필터는 연결된 부하에 관계없이 성능을 유지합니다.
대역통과 필터의 전달 함수는 무엇입니까?
대역 통과 필터 동작은 전달 함수를 사용하여 수학적으로 설명할 수 있습니다. 필터의 입력과 출력 신호를 연결하는 복합 기능입니다. 따라서 T.F는 H(Ω) = Vout(Ω) / Vin(Ω)으로 제공됩니다.
필터 전달 함수란 무엇입니까?
필터 전달 함수는 임펄스 응답의 Z 변환입니다. 여기에는 분자와 분모 모두에 전체 이차 방정식이 포함됩니다. 저역 통과, 고역 통과, 단일 주파수 노치 및 대역 거부 구현 특성을 구현하기 위한 기반을 제공합니다.
Y(z) = H(z)X(z) =(h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
따라서 이는 활성 상태의 개요입니다. 대역통과 필터, 회로, 작동 , 유형 및 응용 프로그램. 능동 대역 통과 필터는 전자 회로 내에서 특정 범위의 주파수를 선택적으로 통과시키고 다른 주파수는 감쇠시키는 중요한 구성 요소입니다. 이 필터는 높은 정밀도 및 이득과 같은 여러 가지 이점을 제공합니다. Active BPF는 일반적으로 다음과 같은 분야에서 사용됩니다. 통신 시스템 라디오 수신기처럼 안정성과 고정밀도가 필요한 신호 처리 기반 애플리케이션도 마찬가지입니다. 이는 오디오, 생물의학 공학, 무선 통신 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 여기 질문이 있습니다. 패시브 밴드패스 필터란 무엇입니까?
