В электронных системах чистота и точность сигналов непосредственно определяют производительность устройств. Электронные фильтры, состоящие изоперационные усилители (Op-AMPS)стали «мостом», соединяющим оригинальные сигналы и допустимую информацию благодаря их способности точно фильтровать частоты сигналов. От простой фильтрации пульсации питания до сложной демодуляции сигнала связи эти активные фильтры посредством изобретательной комбинации операций по операциям, резисторов и конденсаторам достигают удержания или ослабления сигналов на определенных частотах. Они не только решают недостатки пассивных фильтров, таких как слабая способность нагрузки и мягкие характеристики, но и обеспечивают стабильность и надежность в процессе обработки сигналов с помощью входного входа с высоким импедансом и выходных характеристик с низким импедансом OP-AMP. В этой статье будут систематически разбирать основные концепции, классификации, принципы работы и сценарии применения фильтров OP-AMP, обеспечивая полную перспективу от теории к применению для электронных инженерных практик.
Что такое электронный фильтр с использованием рабочих усилителей?
Электронный фильтр, состоящий из эксплуатационных усилителей (OP-AMPS)это схема, которая избирательно обрабатывает частотные компоненты входных электрических сигналов с OP-AMPS в качестве основных активных устройств, в сочетании с пассивными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы. По сравнению с пассивными фильтрами, состоящими исключительно из резисторов, индукторов и конденсаторов, эти активные фильтры предлагают такие преимущества, как контролируемое усиление, сильная способность нагрузки и способность достигать крутых характеристик фильтрации без крупных индукторов. Высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс OP-AMP эффективно изолируют влияние источников и нагрузок сигналов на производительность фильтрации, что делает фильтры ключевыми модулями в оборудовании связи, приборе, обработке аудио и других полях.
Роль электронных фильтров
Электронные фильтры играют несколько ключевых ролей в электронных системах:
Очистка сигнала:Выходные сигналы датчика часто смешиваются с различными высокочастотными шумами; Фильтры могут устранить эти звуки, чтобы прояснить полезные сигналы. Например, при выходе датчика температуры фильтры могут удалять высокочастотные помехи, введенные в цепь, что делает данные температуры более точными.
Выбор частоты:В системах связи сигналы разных каналов передаются на разных частотах; Фильтры могут выбрать сигналы целевой частоты из них, чтобы избежать межканальных помех. Точно так же, как радио получает программы разных частот, настраивая разные фильтры.
Защита от антиинтерференции:Существует много электромагнитных помех в промышленных средах; Фильтры могут предотвратить вступление этих интерференционных сигналов, обеспечивая стабильную работу системы. Например, в оборудовании управления автоматизацией фильтры могут противостоять высокочастотным помехам, генерируемым при запуске двигателей.
Формирование сигнала:Во время передачи данных сигналы искажаются после расстояния передачи; Фильтры могут обрезать их для восстановления исходной формы сигналов, обеспечивая точный прием данных.
Различные типы электронных фильтров
Электронные фильтры могут быть классифицированы в зависимости от типа сигналов, которые они обрабатывают и требования к применению.
Типы фильтров по обработке сигналов:
Аналоговые фильтры: Эти фильтры обрабатывают непрерывные аналоговые сигналы. Они обычно используются в традиционном вещании и аудиооборудовании. Непосредственно манипулируя амплитудами сигнала, аналоговые фильтры хорошо подходят для приложений в реальном времени.
Цифровые фильтры: Эти процессы оцифровали дискретные сигналы и широко используются в современных устройствах связи и компьютерных системах. Они выполняют математические операции по данным сигнала, предлагая гибкость и точность в таких приложениях, как обработка аудио и телекоммуникации.
Типы фильтров по полосе частот:
Фильтры с низким частотом: Они позволяют низкочастотным сигналам проходить при подавлении высокочастотных. Они очень эффективны для устранения шума и вмешательства из сигналов. Например, фильтры с низким частотой могут очищать выходы датчиков, удаляя высокочастотный шум.
Фильтры с высокой частотой: Это позволяет высокочастотным сигналам проходить и ослаблять низкочастотные сигналы или сигналы DC. Они часто используются для предварительного увеличения сигнала, например, подчеркивание ребра в обработке изображений или устранение гума в аудиосигналах.
Полосы фильтров: Они позволяют сигналам в пределах определенного частотного диапазона, подавляя при этом за пределы этого диапазона. Они подходят для приложений, требующих выбора частоты и извлечения сигналов, таких как радиоприемники на настройку конкретных станций.
Фильтры STOP Band: Эти подавляющие сигналы в определенной частотной полосе, позволяя пройти сигналы вне полосы. Они используются в сценариях, где необходимо блокирование определенного диапазона частот, например, устранение помех линии электропередачи в аудио оборудовании.
Фильтры для всех проходов: Они имеют плоскую частотную реакцию и не ослабляют каких -либо частот. Они используются для коррекции фазы, задержки и выравнивания задержки, а не для традиционной фильтрации.
Методы дизайна и компоненты:
Пассивные фильтры: Эти фильтры, состоящие из резисторов, индукторов и конденсаторов, не содержат активных компонентов, таких как транзисторы или усилители. Они просты по структуре, экономически эффективной и стабильной, обычно используемой в РЧ-приложениях и расходных материалах.
Активные фильтры: К ним относятся компоненты электронных усилений, такие как операционные усилители, что позволяет улучшить слабые сигналы. Они подходят для приложений, требующих усиления сигнала и могут достичь более высокой производительности и более сложных характеристик отклика по сравнению с пассивными фильтрами.
Монтажные типы:
Встроенные фильтры: Они непосредственно интегрированы в круговые платы, используемые в устройствах и системах, где пространство и интеграция являются критическими соображениями.
Панельные фильтры: Большие и автономные, эти фильтры обычно монтируются на стойки или панели, отделенные от основной цепи. Они идеально подходят для приложений, требующих удобного проверки и технического обслуживания.
Специализированные фильтры:
Чебишев фильтры: Они имеют рябь в полосе пропускания или полосы остановки, обеспечивая лучшую точность управления в определенных частотных диапазонах. Они подходят для применений, нуждающихся в резких характеристиках отсечения.
Гауссовые фильтры: Это линейные, гладкие фильтры низкого уровня, которые используют гауссовые функции для выбора веса. Они эффективно удаляют гауссовый шум и используются для снижения шума в обработке сигнала или изображения.
Фильтры с низким частотом
Основная структура:Состоит из Op-AMP, резистора и конденсатора. Общий фильтр низкого уровня первого порядка имеет простую структуру, содержащую только один Op-AMP, один резистор и один конденсатор. Op-AMP здесь играет роль усиления и буферизации, что делает вывод фильтра более стабильным.
Рабочий принцип:Когда частота входного сигнала ниже частоты отсечки, емкостное реактивное сопротивление велика, а сигнал в основном передается через резистор, выводя почти без затухания; Когда частота выше частоты отсечки, емковое реактивное сопротивление резко уменьшается, большая часть сигнала обстреляется конденсатором, а выходной сигнал значительно ослаблен.
Сценарии приложения:Обычно используемые в улучшении басовых аудиооборудования, фильтрации пульсации питания и т. Д.
Фильтры с высокой частотой
Основная структура:Также состоит из Op-AMP, резистора и конденсатора, но режим соединения конденсатора и резистора отличается от режима фильтров низкого уровня. В фильтре на высоком уровне первого порядка конденсатор подключен последовательно в пути сигнала, а резистор заземлен.
Рабочий принцип:Для высокочастотных сигналов емковое реактивное сопротивление невелико, поэтому сигнал может плавно проходить через конденсатор на выходной конец; В то время как низкочастотные сигналы трудно пройти из-за большого емкостного реактивного сопротивления, и большинство из них обоснованы через резистор, что реализуя подавление низкочастотных сигналов.
Сценарии приложения:Широко используемые при регулировке аудиооборудования, устранении смещения постоянного тока и т. Д. В аудио-усилителях фильтры с высокой частотой могут удалять низкочастотный шум в аудиосигналах, что делает более четкие.
Полосы фильтров
Фильтр полосового прохождения может разрешить сигналы в пределах определенного диапазона частот для прохождения. Этот частотный диапазон определяется нижней частотой отсечения и частотой верхней среза, а полоса частот между ними называется полосой проходов.
Диаграмма схемы полосового фильтра
Основная структура:Может быть сформировано путем соединения фильтра низкого уровня и фильтра с высоким частотом последовательно. Диапазон полосов проходов определяется путем разумной установки частот отсечения двух фильтров. Op-AMP не только обеспечивает функцию усиления, но и хорошо объединяет характеристики двух фильтров.
Рабочий принцип:Когда частота входного сигнала находится в пределах полосы пропускания, она может проходить как через фильтр высоких частот, так и фильтр низкого прохождения, тем самым выводя плавно; Когда частота ниже, чем более низкая частота отсечения, она подавляется фильтром высокого прохождения; Когда частота выше, чем верхняя частота отсечения, она ослабляется фильтром низкого прохождения.
Сценарии приложения:Используется в системах получения связи для извлечения сигналов носителей конкретных частот; В медицинском оборудовании, таком как электрокардиографы, для проверки конкретных частотных компонентов сердечных электрических сигналов.
Фильтры STOP Band
Роль фильтра с полосой состоит в том, чтобы блокировать сигналы в определенном диапазоне частот, который также определяется нижним и верхним частотой среза, и эта полоса частот называется полосой остановки.
Схема схемы фильтра полосной остановки
Основная структура:Обычно состоит из фильтра низкого уровня и фильтра с высоким частотом, соединенным параллельно. Op-AMP здесь играет роль Signal Superposition, синтезируя выходные сигналы двух фильтров.
Рабочий принцип:Когда частота входного сигнала находится в пределах полосы остановки, она не может проходить ни через фильтр низкого уровня, ни фильтр с высокой частотой, поэтому выходной сигнал значительно ослаблен; Когда частота ниже, чем более низкая частота отсечения, она может быть выходом через фильтр низких частот; Когда частота выше, чем верхняя частота среза, она может быть выходом через фильтр высокого прохождения.
Сценарии приложения:В основном используется для устранения помех конкретных частот, таких как фильтрация 50 Гц или 60 Гц помещения частоты мощности в энергосистемах; Удаление шума конкретных частот при обработке аудио.
Заключение
Благодаря непрерывной разработке электронных технологий требования к производительности для фильтров становятся выше и выше, такие как более узкие полосы пропускания и более высокие характеристики скидки. В будущем гибридные фильтры, комбинирующие технологию обработки цифровых сигналов, могут стать тенденцией разработки, что еще больше расширяет свои поля приложения. Освоение принципов работы и методов проектирования этих фильтров имеет решающее значение для электронных инженеров, поскольку она может обеспечить прочную основу для проектирования и оптимизации различных электронных систем.
Горячие продукты SIC
71421LA55J8 UPD441651844BF5-E40-EQ3-A SST39VF800A-70-4C-B3KE IS66WV1M16DBLL-555BLI-TR AS4C32M16SB-7BIN W25Q16FWSNIG
AS7C34098A-20JIN 752369-581-c W957D6HBCX7I TR IS61LPS12836EC-200B3LI MX25L12875FMI-10G QG82915PL
Информация о продукте отSIC Electronics LimitedПолем Если вы заинтересованы в продукте или нужны параметры продукта, вы можете связаться с нами онлайн в любое время или отправить нам электронное письмо: sales@sic-chip.com.
Оперативные усилители фильтры часто задают вопросы [FAQ]
Основные понятия и классификация
Что такое фильтр операционного усилителя?
Операционный фильтр усилителя представляет собой электронную схему, состоящую из рабочего усилителя в качестве активного устройства Core, в сочетании с пассивными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы. Он используется для избирательного прохождения или ослабления определенных частотных компонентов входного сигнала и может быть разделен на низкие частоты, высокочастотные, полосовые, полосовые и другие типы.
Каковы основные различия между активными фильтрами и пассивными фильтрами?
Активные фильтры включают в себя активные компоненты, такие как операционные усилители, и имеют преимущества контролируемого усиления, сильную грузоподъемность и возможность достичь крутых характеристик фильтрации без индукторов большого объема; Пассивные фильтры состоят только из резисторов, индукторов и конденсаторов, с простой структурой, но фиксированным усилением и сильно влияют на нагрузку.
Параметры производительности
Что относится к частоте отсечения фильтра?
Частота отсечения относится к частоте, с которой мощность сигнала ослабляется 3DB, которая является границей, делящей полосу пропускания и полосу остановки. Например, частота отсечения фильтра низкого частота является критической точкой, когда высокочастотные сигналы начинают значительно ослабляться.
Как порядок фильтра влияет на его производительность?
Порядок определяется количеством компонентов хранения энергии (конденсаторы, индукторы) в цепи. Чем выше порядок, тем круче кривая характеристики фильтрации и тем быстрее скорость затухания сигналов в полосе остановки (например, скорость свертывания фильтра первого порядка составляет 20 дБ за десятилетие, а скорость фильтра второго порядка составляет 40 дБ в десятилетие).
Как измерить селективность фильтра?
Для фильтров с полосой и полосой, селективность может быть измерена по коэффициенту качества (значение Q). Чем выше значение Q, тем более узкой полосы пропускания (или полосы остановок), тем выше точность проверки для конкретных частот.
Дизайн и приложение
При разработке фильтра низкого уровня, как выбрать значения резисторов и конденсаторов?
Он может быть рассчитан в соответствии с частотой FC -целевой среза через формулу Fc = 1/2πrc. Например, если требуется частота отсечения 1 кГц, может быть выбрана комбинация резистора 15,9 кОм и конденсатора 10NF (r = 1/2πfcc).
Почему фильтры с высокой частотой могут устранить смещение постоянного тока?
Фильтры с высокой частотой значительно ослабляют низкочастотные сигналы (включая сигналы DC с частотой 0). Сигналы постоянного тока подавляются, потому что они не могут пройти через конденсатор серии, тем самым исключая смещение DC.
Как определяется диапазон полосовых полос фильтра с полосатым проходом?
Это совместно определяется более низкой частотой отсечения (Fнизкий) и верхняя частота отсечения (fвысокий) Полоса прохождения - это диапазон частоты от Fнизкийна флвысокий, что обычно реализуется путем каскада фильтра на высоком уровне (настройка Fнизкий)и фильтр низкого уровня (настройка fвысокий)
В каких сценариях чаще всего используются фильтры с задержкой полосы?
Они в основном используются для подавления интерференционных сигналов определенных частот. Например, отфильтровая размещение частоты мощности 50 Гц/60 Гц в аудиооборудовании и блокирование интерференционных сигналов соседних каналов в системах связи.
Практические проблемы использования
Влияет ли напряжение питания оперативного усилителя на производительность фильтра?
Да, это так. Напряжение питания определяет максимальную амплитуду сигнала, которую может обрабатывать фильтр. Если амплитуда входного сигнала превышает диапазон питания, это может вызвать искажение сигнала; В то же время характеристики частотной характеристики некоторых фильтров также изменятся при напряжении питания.
Как уменьшить помехи шума фильтра?
Во время макета путь сигнала должен быть коротким и прямым, вдали от высокочастотных источников шума; Выберите эксплуатационные усилители с низким шумом, установите разумные источники питания, развязывающие конденсаторы; Для применения в высокой степени могут быть приняты меры защиты для уменьшения электромагнитных помех.
Как справиться с неиспользованными операционными булавками усилителя?
Неиспользуемые оперативные булавки с усилителями следует избегать от оставшихся плавающих. Не инвертирующий вход может быть заземлен, инвертирующий вход может быть заземлен через резистор, а выход может быть короткометражный с инвертирующим входом (образуя последователь усиления единицы), чтобы помешать помехим влиянию на другие схемы.
Какова взаимосвязь между полосой пропускания фильтра и скоростью обработки сигнала?
Чем шире полосатая пропускная способность, тем шире диапазон частот сигналов, которые может обрабатывать фильтр, что подходит для высокоскоростной обработки сигналов; Но чрезмерно широкая полоса пропускания может ввести больше шума, поэтому необходимо выбрать фильтр с соответствующей полосой пропускания в соответствии с фактическим диапазоном частот сигнала.
Список желаний (0 пунктов)