सक्रिय निस्पंदन

Not to be confused with Active power filter.

सालेन-की टोपोलॉजी के हाई-पास सक्रिय फिल्टर का एक उदाहरण। ऑपरेशनल एम्पलीफायर का उपयोग बफर एम्पलीफायर के रूप में किया जाता है।

एक सक्रिय फ़िल्टर एक प्रकार का एनालॉग परिपथ है जो सक्रिय घटकों, आमतौर पर एकएम्पलीफायर का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर कार्यान्वयन का काम करता है। फ़िल्टर रचना में शामिल एम्पलीफायरों का उपयोग फ़िल्टर की लागत, प्रदर्शन और पूर्वानुमान में सुधार के लिए किया जा सकता है।

एक एम्पलीफायर, फिल्टर के लक्षणों को प्रभावित करके उस चरण के लोड प्रतिबाधा को रोकता है। एक सक्रिय फ़िल्टर में भारी या महंगे इंडक्‍टर का उपयोग किए बिना ही, जटिल पोल और शून्य हो सकते हैं। प्रतिक्रिया का आकार, Q (गुणवत्ता कारक ), और समस्वरित (ट्यून) की गई आवृत्ति को अक्सर सस्ते परिवर्तनशील प्रतिरोधक के साथ सेट किया जा सकता है। कुछ सक्रिय फिल्टर परिपथ में, एक पैरामीटर को दूसरों को प्रभावित किए बिना समायोजित किया जा सकता है।

प्रकार

1974 KROHN-HITE मॉडल 3500 फ़िल्टर।

सक्रिय तत्वों के उपयोग की कुछ सीमाएँ हैं। बुनियादी फिल्टर रचना समीकरण एम्पलीफायरों के परिमितबैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) की उपेक्षा करते हैं। उपलब्ध सक्रिय उपकरणों में सीमित बैंडविड्थ होती है, इसलिए वे उच्च आवृत्तियों पर अक्सर अव्यावहारिक होते हैं। एम्पलीफायर बिजली की खपत करते हैं और सिस्टम में आवाज़ को इंजेक्ट (अंदर भेजना) करते हैं। कुछ परिपथ टोपोलॉजी असंभव हो सकती हैं यदि एम्पलीफायर तत्वों के लिए बायस (पूर्वाग्रह) धारा के लिए कोई डीसी पथ प्रदान नहीं किया जाता है। पावर हैंडलिंग क्षमता (बिजली से निपटने की क्षमता) एम्पलीफायर चरणों द्वारा सीमित है। सक्रिय फ़िल्टर परिपथ विन्यास (इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर टोपोलॉजी ) में शामिल हैं:

• सालेन-कुंजी टोपोलॉजी | सालेन-कुंजी, और वीसीवीएस फिल्टर (घटक सहनशीलता के प्रति कम संवेदनशीलता)
• अवस्था चर फ़िल्टर और द्विघाती या द्विघात फिल्टर
• दोहरी एम्पलीफायर बैंडपास (डीएबीपी)
• मैक्स विएना नॉच (चिह्न)
• एकाधिक प्रतिक्रिया टोपोलॉजी
• फ्लिगे (2 opamp के लिए सबसे कम घटक गणना लेकिन आवृत्ति और प्रकार पर अच्छी नियंत्रणीयता के साथ)
• अकरबर्ग मॉसबर्ग (एक टोपोलॉजी जो लाभ, आवृत्ति और प्रकार पर पूर्ण और स्वतंत्र नियंत्रण प्रदान करती है)

सक्रिय फिल्टर,निष्क्रिय फिल्टर के समान स्थानांतरण कार्यों को लागू कर सकते हैं। सामान्य स्थानांतरण कार्य हैं:

• उच्च पास फिल्टर - उनके कट-ऑफ पॉइंट्स के नीचे आवृत्तियों का क्षीणन।
• लो पास फिल्टर - उनके कट-ऑफ पॉइंट्स के ऊपर आवृत्तियों का क्षीणन।
• बंदपास छननी - उन दोनों के ऊपर और नीचे आवृत्तियों का क्षीणन जो वे पास करने की अनुमति देते हैं।
• बैंड-स्टॉप फ़िल्टर (नॉच फिल्टर) - कुछ आवृत्तियों का क्षीणन जबकि अन्य सभी को पारित करने की अनुमति देता है।

संयोजन संभव हैं, जैसे कि नॉच और हाई-पास (एक घरघराहट फिल्टर में जहां अधिकांश आपत्तिजनक घरघराहट एक विशेष आवृत्ति से आती है)। एक अन्य उदाहरण एक अण्डाकार फ़िल्टर है।

सक्रिय फिल्टर की रचना

See also: Filter design

फ़िल्टर रचना करने के लिए, जिन विशिष्टताओं को स्थापित करने की आवश्यकता है उनमें शामिल हैं:

• आवृत्ति प्रतिक्रिया के आकार के साथ वांछित आवृत्तियों (पासबैंड) की सीमा। यह फिल्टर की विविधता (ऊपर देखें) और केंद्र या कोने की आवृत्तियों को इंगित करता है।
• इनपुट और आउटपुट विद्युत प्रतिबाधा की आवश्यकता। ये उपलब्ध परिपथ टोपोलॉजी को सीमित करते हैं; उदाहरण के लिए, अधिकांश, लेकिन सभी सक्रिय फ़िल्टर टोपोलॉजी एक बफर (कम प्रतिबाधा) आउटपुट प्रदान नहीं करते हैं। हालाँकि, याद रखें कि परिचालन एम्पलीफायरों परिचालन एम्पलीफायरों का आंतरिक आउटपुट प्रतिबाधा, यदि उपयोग किया जाता है, तो उच्च आवृत्तियों पर स्पष्ट रूप से बढ़ सकता है और उस अपेक्षित क्षीणन को कम कर सकता है। ध्यान रखें कि कुछ उच्च-पास फ़िल्टर टोपोलॉजी उच्च आवृत्तियों के लिए लगभग छोटे परिपथ के साथ इनपुट प्रस्तुत करते हैं।
• सक्रिय तत्वों की गतिशील सीमा। एम्पलीफायर को अपेक्षित इनपुट संकेतों पर संतृप्त नहीं होना चाहिए (बिजली आपूर्ति क्षेत्र में चलाना), और न ही इसे इतने कम आयामों पर संचालित किया जाना चाहिए कि शोर हावी हो।
• जिस हद तक अवांछित संकेतों को खारिज किया जाना चाहिए।
  • संकीर्ण बैंड, बैंडपास फिल्टर के मामले में, Q -3 डीबी बैंडविड्थ निर्धारित करता है लेकिन केंद्र आवृत्ति से दूर आवृत्तियों की अस्वीकृति कितनी होगी ये भी निर्धारित करता है; यदि ये दो आवश्यकताएं विरोध में हैं तो एककंपित-ट्यूनिंग बैंडपास फ़िल्टर की आवश्यकता हो सकती है।
  • पायदान फिल्टर के लिए, पायदान आवृत्ति पर अवांछित संकेतों को अस्वीकार करने की डिग्री घटकों की सटीकता को निर्धारित करती है, लेकिन Q निर्धारित नहीं करती है, जो कि पायदान की वांछित स्थिरता द्वारा नियंत्रित होती है, अर्थात क्षीणन होने से पहले पायदान के चारों ओर बैंडविड्थ कम होता है ।
  • उच्च-पास और निम्न-पास (साथ ही केंद्र आवृत्ति से दूर बैंड-पास फ़िल्टर) के लिए, आवश्यक अस्वीकृति, क्षीणन की ढलान की आवश्यकता निर्धारित कर सकती है, और इस प्रकार फ़िल्टर का क्रम भी निर्धारित होता है। एक दूसरे क्रम का ऑल-पोल फ़िल्टर लगभग 12 dB प्रति सप्तक (40 dB/दशक) का अंतिम ढलान देता है, लेकिन कोने की आवृत्ति के करीब ढलान बहुत कम होता है, कभी-कभी फ़िल्टर में एक पायदान जोड़ने की आवश्यकता होती है।
• उच्च-पास और निम्न-पास फिल्टर के पासबैंड के भीतर स्वीकार्य तरंग (एक फ्लैट प्रतिक्रिया से भिन्नता, डेसिबल में), कोने की आवृत्ति के पास आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र के आकार के साथ, भिगोना अनुपात या भिगोना कारक निर्धारित करें (= 1/(2Q))। यह चरण प्रतिक्रिया को भी प्रभावित करता है, और एक वर्ग तरंग के लिए समय प्रतिक्रिया | वर्ग-लहर इनपुट। कई महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया आकार (भिगोना अनुपात) के प्रसिद्ध नाम हैं:
  • चेबीशेव फ़िल्टर - कोने से पहले पासबैंड में चोटी / लहर; प्रश्न> 0.7071 दूसरे क्रम के फिल्टर के लिए।
  • बटरवर्थ फ़िल्टर - अधिकतम फ्लैट आयाम प्रतिक्रिया; Q=0.7071 दूसरे क्रम के फ़िल्टर के लिए
  • लीजेंड्रे-पापुलिस फ़िल्टर - एक तेज गिरावट के लिए, पासबैंड में कुछ सपाटता को बंद करता है, हालांकि अभी भी मोनोटोनिक फ़ंक्शन है
  • लिंकविट्ज़-रिले फ़िल्टर - ऑडियो क्रॉसओवर अनुप्रयोगों के लिए वांछनीय गुण, बिना किसी ओवरशूट के सबसे तेज़ वृद्धि समय; Q = 0.5 (गंभीर रूप सेअवंमदित)
  • पेन्टर या ट्रांजिशनल थॉम्पसन-बटरवर्थ या समझौता फ़िल्टर - बेसेल की तुलना में तेज़ गिरावट; Q=0.639 दूसरे क्रम के फ़िल्टर के लिए
  • बेसेल फिल्टर - अधिकतम फ्लैट समूह विलंब; Q=0.577 दूसरे क्रम के फिल्टर के लिए। यह अच्छा रैखिक चरण प्रदान करता है।
  • अण्डाकार फ़िल्टर या काउर फ़िल्टर - पासबैंड के ठीक बाहर एक पायदान (या शून्य) जोड़ें, इस क्षेत्र में बिना पायदान के क्रम और भिगोना अनुपात के संयोजन की तुलना में बहुत अधिक ढलान देने के लिए। आउटपुट आदर्श फिल्टर के समान है (यानी, पास बैंड और स्टॉप बैंड दोनों की अच्छी फ्लैट प्रतिक्रिया)।
    • The allowable "ripple" (variation from a flat response, in decibels) within the passband of high-pass and low-pass filters, along with the shape of the frequency response curve near the corner frequency, determine the damping ratio or damping factor (= 1/(2Q)). This also affects the phase response, and the time response to a square-wave input. Several important response shapes (damping ratios) have well-known names:
      • Chebyshev filter – peaking/ripple in the passband before the corner; Q>0.7071 for 2nd-order filters.
      • Butterworth filter – maximally flat amplitude response; Q=0.7071 for 2nd-order filters
      • Legendre–Papoulis filter – trades off some flatness in the passband, though still monotonic, for a steeper fall-off
      • Linkwitz–Riley filter – desirable properties for audio crossover applications, fastest rise time with no overshoot; Q = 0.5 (critically damped)
      • Paynter or transitional Thompson-Butterworth or "compromise" filter – faster fall-off than Bessel; Q=0.639 for 2nd-order filters
      • Bessel filter – maximally flat group delay; Q=0.577 for 2nd-order filters. It provides good linear phase.
      • Elliptic filter or Cauer filter – add a notch (or "zero") just outside the passband, to give a much greater slope in this region than the combination of order and damping ratio without the notch. The output is similar to the ideal filter(i.e., good flat response of both pass band and the stop band).

पैसिव फिल्टर की तुलना

एक सक्रिय फ़िल्टर में इनपुट की तुलना में सिग्नल में उपलब्ध शक्ति को बढ़ाकर लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) हो सकता है। निष्क्रिय फिल्टर एक संकेत से ऊर्जा को नष्ट कर देते हैं और शुद्ध बिजली लाभ नहीं हो सकता है। आवृत्तियों की कुछ श्रेणियों के लिए, उदाहरण के लिए ऑडियो फ़्रीक्वेंसी और नीचे, एक सक्रिय फ़िल्टर प्रारंभ करनेवाला ्स का उपयोग किए बिना किसी दिए गए स्थानांतरण प्रकार्य को महसूस कर सकता है, जो कि प्रतिरोधों और कैपेसिटर की तुलना में अपेक्षाकृत बड़े और महंगे घटक हैं, और जो आवश्यक के साथ बनाने के लिए अधिक महंगे हैं उच्च गुणवत्ता और सटीक मूल्य। यह लाभ एक एकीकृत परिपथ पर पूरी तरह से एकीकृत सक्रिय फिल्टर के लिए उतना महत्वपूर्ण नहीं हो सकता है क्योंकि उपलब्ध कैपेसिटर में अपेक्षाकृत कम मूल्य होते हैं और इसलिए उच्च मूल्य प्रतिरोधों की आवश्यकता होती है जो एकीकृत परिपथ का क्षेत्र लेते हैं। सक्रिय फिल्टर में चरणों के बीच अच्छा अलगाव होता है, और यह उच्च इनपुट प्रतिबाधा और कम आउटपुट प्रतिबाधा प्रदान कर सकता है; यह उनकी विशेषताओं को स्रोत और भार प्रतिबाधा से स्वतंत्र बनाता है। विशेषताओं में सुधार के लिए वांछित होने पर कई चरणों को कैस्केड किया जा सकता है। इसके विपरीत, बहु-चरण निष्क्रिय फ़िल्टर के रचना को प्रत्येक चरण की पूर्ववर्ती चरण की आवृत्ति-निर्भर लोडिंग को ध्यान में रखना चाहिए। निष्क्रिय फिल्टर की तुलना में सक्रिय फिल्टर को व्यापक सीमा में समस्वरित करने योग्य बनाना संभव है। चूंकि इंडक्टर्स का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए फिल्टर बहुत कॉम्पैक्ट आकार में बनाए जा सकते हैं और चुंबकीय क्षेत्र का उत्पादन या बातचीत नहीं करते हैं जो मौजूद हो सकते हैं।

सक्रिय फिल्टर की तुलना में, निष्क्रिय फिल्टर को अतिरिक्त बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। एक सक्रिय फ़िल्टर के प्रवर्धक उपकरणों को संसाधित होने वाली संपूर्ण आवृत्ति सीमा पर अनुमानित लाभ और प्रदर्शन प्रदान करना चाहिए; एम्पलीफायर का लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद उपयोग की जा सकने वाली अधिकतम आवृत्ति को बाधित करेगा।

यह भी देखें

• सक्रिय पावर फिल्टर
• आवृत्ति पर निर्भर नकारात्मक अवरोधक

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बाहरी संबंध

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