सक्रिय निस्पंदन
सक्रिय निस्पंदन (फ़िल्टर) एक प्रकार का एनालॉग परिपथ है जो सक्रिय घटकों, आमतौर पर एक प्रवर्धक (एम्पलीफायर) का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक निस्पंदन कार्यान्वयन का कार्य करता है। निस्पंदन रचना में सम्मिलित प्रवर्धकों का उपयोग निस्पंदन की लागत, प्रदर्शन और पूर्वानुमान में सुधार के लिए किया जा सकता है।[1]
एक प्रवर्धक, निस्पंदन के लक्षणों को प्रभावित करके उस अवस्था के भार प्रतिबाधा को रोकता है। एक सक्रिय निस्पंदन में भारी या मूल्यवान कुचालक का उपयोग किए बिना ही, जटिल ध्रुव अथवा शून्य प्राप्त हो सकते हैं। इसमें प्रतिक्रिया के रूप, Q गुणवत्ता कारक, और समस्वरित (ट्यून) की गई आवृत्ति को अक्सर कम कीमत वाले परिवर्तनशील प्रतिरोधक के साथ स्थापित किया जा सकता है।[2] कुछ सक्रिय निस्पंदन परिपथ में, एक मापदण्ड (पैरामीटर ) बिना दूसरों को प्रभावित किए दूसरे मापदण्ड में समायोजित किया जा सकता है।[1]
प्रकार
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सक्रिय तत्वों के उपयोग की कुछ सीमाएँ हैं। बुनियादी निस्पंदन रचना समीकरण, प्रवर्धकों के परिमितबैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) की उपेक्षा करते हैं। उपलब्ध सक्रिय उपकरणों में सीमित बैंडविड्थ होती है, इसलिए वे उच्च आवृत्तियों पर सही से कार्य नहीं कर पाते हैं। प्रवर्धक का कार्य बिजली की खपत करना है प्रवर्धक बिजली की खपत करते हैं और सिस्टम में आवाज़ को अंदर भेजते हैं। यदि प्रवर्धक तत्वों के लिए पूर्वाग्रह धारा के लिए कोई डीसी पथ प्रदान नहीं किया जाता तो कुछ परिपथ में टोपोलॉजी असंभव हो सकती हैं। प्रवर्धक अवस्थाओं द्वारा बिजली की खपत से निपटने की क्षमता प्रवर्धक चरणों तक सीमित है।[3]
सक्रिय निस्पंदन परिपथ विन्यास (इलेक्ट्रॉनिक निस्पंदन टोपोलॉजी) में शामिल हैं:
- सालेन-कुंजी टोपोलॉजी | सालेन-कुंजी, और वीसीवीएस निस्पंदन (घटक सहनशीलता के प्रति कम संवेदनशीलता)
- अवस्था चर निस्पंदन और द्विघाती या द्विघात निस्पंदन
- दोहरी एम्पलीफायर बैंडपास (डीएबीपी)
- मैक्स विएना नॉच (चिह्न)
- एकाधिक प्रतिक्रिया टोपोलॉजी
- फ्लिगे (2 ऑपैम्प 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 निस्पंदन, निष्क्रिय निस्पंदन के समान स्थानांतरण कार्यों को लागू कर सकते हैं। सामान्य स्थानांतरण कार्य हैं:
- उच्च पास निस्पंदन - उनके कट-ऑफ पॉइंट्स के नीचे आवृत्तियों का क्षीणन।
- लो पास निस्पंदन - उनके कट-ऑफ पॉइंट्स के ऊपर आवृत्तियों का क्षीणन।
- बंदपास निस्पंदन - ऊपर और नीचे दोनों आवृत्तियों के क्षीणन को वे पारित करने की अनुमति देते हैं।
- बैंड-स्टॉप निस्पंदन (नॉच निस्पंदन) - कुछ आवृत्तियों का क्षीणन जबकि अन्य सभी को पारित करने की अनुमति देता है।[4]
- संयोजन संभव हैं, जैसे कि नॉच और हाई-पास (एक घरघराहट निस्पंदन में जहां अधिकांश आपत्तिजनक घरघराहट एक विशेष आवृत्ति से आती है)। एक अन्य उदाहरण एक दीर्घवृत्ताकार निस्पंदन है।
सक्रिय निस्पंदन की रचना
निस्पंदन रचना करने के लिए, जिन विशिष्टताओं को स्थापित करने की आवश्यकता है उनमें सम्मिलित हैं:
- आवृत्ति प्रतिक्रिया के आकार के साथ वांछित आवृत्तियों (पासबैंड) की सीमा। यह निस्पंदन 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, सभी सक्रिय निस्पंदन टोपोलॉजी नहीं, लेकिन अधिकांश सक्रिय निस्पंदन टोपोलॉजी एक बफर (कम प्रतिबाधा) आउटपुट प्रदान नहीं करते हैं। हालाँकि, याद रखें कि परिचालन एम्पलीफायरों का आंतरिक आउटपुट प्रतिबाधा, यदि उपयोग किया जाता है, तो उच्च आवृत्तियों पर यह स्पष्ट रूप से बढ़ सकता है और उस अपेक्षा से क्षीणन को कम कर सकता है। ध्यान रखें कि कुछ उच्च-पास फ़िल्टर टोपोलॉजी उच्च आवृत्तियों के लिए लगभग शॉर्ट परिपथ के साथ इनपुट प्रस्तुत करते हैं।
- सक्रिय तत्वों की गति परास। प्रवर्धक को अपेक्षित इनपुट संकेतों पर संतृप्त नहीं होना चाहिए, और न ही इसे इतने कम आयामों पर संचालित किया जाना चाहिए (बिजली आपूर्ति क्षेत्र में चलाना) कि शोर हावी हो।
- जिस हद तक हो अवांछित संकेतों को खारिज किया जाना चाहिए।
- संकीर्ण बैंड, बैंडपास निस्पंदन के मामले में,Q -3 डीबी की बैंडविड्थ निर्धारित करता है और 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 निस्पंदन की आवश्यकता हो सकती है।
- नॉच निस्पंदन के लिए, नॉच आवृत्ति पर अवांछित संकेतों को कितना अस्वीकार किया जाये, ये घटकों की सटीकता को निर्धारित करती है, लेकिन Q निर्धारित नहीं करती है, जो कि नॉच की वांछित स्थिरता द्वारा नियंत्रित होती है, अर्थात क्षीणन होने से पहले नॉच के चारों ओर बैंडविड्थ कम होता है ।
- उच्च-पास और निम्न-पास (साथ ही केंद्र आवृत्ति से दूर बैंड-पास निस्पंदन) के लिए, आवश्यक अस्वीकृति, क्षीणन की ढलान की आवश्यकता निर्धारित कर सकती है, और इस प्रकार निस्पंदन का क्रम भी निर्धारित होता है। एक दूसरे क्रम का ऑल-पोल निस्पंदन 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 निस्पंदन में एक नॉच जोड़ने की आवश्यकता होती है।
- उच्च-पास और निम्न-पास निस्पंदन पासबैंड के भीतर स्वीकार्य तरंग (एक समान प्रतिक्रिया से भिन्नता, डेसिबल में), कोने की आवृत्ति के पास आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र के आकार के साथ, अवमन्दक अनुपात (= 1/(2Q) या अवमन्दक कारक निर्धारित करें । यह चरण प्रतिक्रिया और एक वर्ग-तरंग इनपुट के समय की प्रतिक्रिया को भी प्रभावित करता है। कई महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया आकार (अवमन्दक अनुपात) के प्रसिद्ध नाम हैं:
- चेबीशेव निस्पंदन - कोने से पहले पासबैंड में चोटी / तरंग; Q> 0.7071 दूसरे क्रम के निस्पंदन के
- बटरवर्थ निस्पंदन - अधिकतम एक समान आयाम प्रतिक्रिया; Q=0.7071 दूसरे क्रम के निस्पंदन के लिए
- लीजेंड्रे-पापुलिस निस्पंदन - एक तेज गिरावट के लिए, पासबैंड में कुछ समतलता को बंद करता है, हालांकि अभी भी मोनोटोनिक प्रकार्य है
- लिंकविट्ज़-रिले निस्पंदन - ऑडियो क्रॉसओवर अनुप्रयोगों के लिए वांछनीय गुण, बिना किसी ओवरशूट के सबसे तेज़ वृद्धि समय; Q = 0.5 (गंभीर रूप से अवंमदित)
- पेन्टर या ट्रांजिशनल थॉम्पसन-बटरवर्थ या समझौता निस्पंदन - बेसेल की तुलना में तेज़ गिरावट; Q=0.639 दूसरे क्रम के निस्पंदन के लिए
- बेसेल निस्पंदन - अधिकतम एक समान समूह विलंब; Q=0.577 दूसरे क्रम के निस्पंदन के लिए। यह अच्छा रैखिक अवस्था प्रदान करता है।
- दीर्घ वृत्ताकार निस्पंदन या काउर निस्पंदन - पासबैंड के ठीक बाहर एकनॉच (या शून्य) जोड़ें, इस क्षेत्र में बिना नॉच के क्रम और अवमंदन अनुपात के संयोजन की तुलना में बहुत अधिक ढलान देने के लिए। आउटपुट आदर्श निस्पंदन के समान है (यानी, पास बैंड और स्टॉप बैंड दोनों की अच्छी एक समान प्रतिक्रिया)।
निष्क्रिय निस्पंदन की तुलना
एक सक्रिय फिल्टर इनपुट की तुलना में सिग्नल में उपलब्ध शक्ति को बढ़ाकर लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स) प्राप्त कर 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 श्रव्य आवृत्ति पर या उसके नीचे की आवृत्ति पर, एक सक्रिय निस्पंदन प्रारंभ करने वाला अर्थात इंडक्टर्स का उपयोग किए बिना किसी दिए गएस्थानांतरण प्रकार्य को महसूस कर सकते हैं, जो कि प्रतिरोधों और संधारित्र की तुलना में अपेक्षाकृत बड़े और मूल्यवान घटक हैं, और जो आवश्यक उच्च गुणवत्ता और सटीक मान बनाने के लिए अधिक मूल्यवान हैं। चिप पर पूरी तरह से एकीकृत सक्रिय निस्पंदन के लिए यह लाभ उतना महत्वपूर्ण नहीं हो सकता है क्योंकि उपलब्ध संधारित्र में अपेक्षाकृत कम मान होते हैं और इसलिए उच्च मान प्रतिरोधों की आवश्यकता होती है जो एकीकृत परिपथ का क्षेत्र लेते हैं। सक्रिय निस्पंदन के बीच में 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 अवस्थाओं को कैस्केड किया जा सकता है। इसके विपरीत, बहु-अवस्था निष्क्रिय निस्पंदन के रचना को प्रत्येक अवस्था की पूर्ववर्ती अवस्था की आवृत्ति-निर्भर भार को ध्यान में रखना चाहिए। निष्क्रिय निस्पंदन की तुलना में सक्रिय निस्पंदन को व्यापक सीमा में समस्वरित करने योग्य बनाना संभव है। चूंकि इंडक्टर्स का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए निस्पंदन बहुत कॉम्पैक्ट (सघन) आकार में बनाए जा सकते हैं और ये मौजूद चुंबकीय क्षेत्र के उत्पादन पर परस्पर प्रभाव नहीं डालते हैं।
सक्रिय निस्पंदन की तुलना में, निष्क्रिय निस्पंदन को अतिरिक्त बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है। एक सक्रिय निस्पंदन के प्रवर्धक उपकरणों को संसाधित होने वाली संपूर्ण आवृत्ति सीमा पर अनुमानित लाभ और प्रदर्शन प्रदान करना चाहिए ;प्रवर्धक का लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद उपयोग की जा सकने वाली अधिकतम आवृत्ति को बाधित करेगा।[5][6]
यह भी देखें
- सक्रिय पावर निस्पंदन
- आवृत्ति पर निर्भर ऋणात्मक अवरोधक
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Don Lancaster, Active-Filter Cookbook, Howard W. Sams and Co., 1975 ISBN 0-672-21168-8 pages 8-10
- ↑ "Op-amp Band Pass Filter". Basic Electronics Tutorials. 2013-08-14. Retrieved 2018-12-26.
- ↑ Muhammad H. Rashid, Microelectronic Circuits: Analysis and Design, Cengage Learning, 2010 ISBN 0-495-66772-2, page 804
- ↑ "Band Stop Filters are called Reject Filters". Basic Electronics Tutorials. 2015-10-20. Retrieved 2018-12-26.
- ↑ Don Lancaster, Active-Filter Cookbook, Elsevier Science, 1996 ISBN 9780750629867
- ↑ "Basic Introduction to Filters - Active, Passive, and Switched-Cap (Rev. A) Analog & Mixed-Signal SNOA224A - TI.com" (PDF). www.ti.com. Retrieved 2020-02-03.
बाहरी संबंध
- Split-Supply Analog Filter Expert
- Introduction to active filters
- Active filter design - related articles
- Analog Filter Wizard: Design tool for active filters
