Bộ lọc chủ động và thụ động

Bộ lọc chủ động và thụ động

Bộ lọc chủ động và thụ động - So sánh:

Cách tiếp cận đơn giản nhất để xây dựng bộ lọc là sử dụng các thành phần thụ động (điện trở, tụ điện và cuộn cảm). Trong phạm vi RF, nó hoạt động khá tốt nhưng với tần số thấp hơn, cuộn cảm sẽ tạo ra vấn đề. Cuộn cảm AF về mặt vật lý lớn hơn và nặng hơn nên đắt tiền. Đối với tần số thấp hơn, độ tự cảm sẽ tăng lên và cần nhiều vòng dây hơn. Nó làm tăng thêm điện trở nối tiếp làm giảm hiệu suất của cuộn cảm.

Trở kháng đầu vào và đầu ra của bộ lọc thụ động đều là một vấn đề , đặc biệt là dưới RF. Trở kháng đầu vào thấp, tải nguồn và thay đổi theo tần số. Trở kháng đầu ra thường tương đối cao, điều này hạn chế trở kháng tải mà bộ lọc thụ động có thể điều khiển. Không có sự cách ly giữa trở kháng tải và bộ lọc thụ động. Do đó, tải sẽ phải được coi là một thành phần của bộ lọc và sẽ phải được xem xét khi xác định phản ứng hoặc thiết kế của bộ lọc. Bất kỳ sự thay đổi nào về trở kháng tải đều có thể làm thay đổi đáng kể một hoặc nhiều đặc tính đáp ứng của bộ lọc.

Bộ lọc hoạt động sử dụng bộ khuếch đại có mạng RC để khắc phục những vấn đề này của bộ lọc thụ động . Ban đầu được chế tạo bằng các ống chân không và sau đó là bóng bán dẫn, các bộ lọc hoạt động hiện nay thường tập trung quanh op-amps. Bằng cách đặt một tụ điện trong một vòng phản hồi, cuộn cảm (với tất cả các vấn đề về tần số thấp) có thể được loại bỏ. Bằng cách cấu hình thích hợp trở kháng đầu vào có thể được tăng lên. Tải được điều khiển từ đầu ra của op-amp, tạo ra trở kháng đầu ra rất thấp. Điều này không chỉ cải thiện khả năng truyền tải mà tải còn được cách ly khỏi mạng xác định tần số. Do đó, sự thay đổi tải sẽ không ảnh hưởng đến đặc tính của bộ lọc hoạt động.

Bộ khuếch đại cho phép chúng ta chỉ định và dễ dàng điều chỉnh mức tăng băng thông, độ gợn băng thông, tần số cắt và mức giảm ban đầu. Do trở kháng đầu vào cao của op-amp nên có thể sử dụng điện trở có giá trị lớn và do đó kích thước cũng như giá thành của tụ điện được sử dụng sẽ giảm. Bằng cách chọn một IC quad op-amp, khả năng cuộn dốc có thể được xây dựng trong rất ít không gian và với chi phí rất thấp.

Bộ lọc hoạt động cũng có những hạn chế của chúng. Đáp ứng tần số cao bị giới hạn bởi băng thông khuếch đại (GBW) và tốc độ quay của op-amps. Op-amps tần số cao đắt tiền, khiến các bộ lọc thụ động trở thành lựa chọn kinh tế hơn cho các ứng dụng RF. Bộ lọc hoạt động cần có nguồn điện. Đối với op-amps, đây có thể là hai nguồn cung cấp. Ở một mức độ nào đó, sự thay đổi điện áp đầu ra của nguồn điện có thể ảnh hưởng đến đầu ra tín hiệu từ bộ lọc hoạt động. Trong các ứng dụng nhiều giai đoạn, nguồn điện chung cung cấp bus cho tín hiệu tần số cao. Phản hồi dọc theo đường dây cung cấp điện có thể gây ra dao động trừ khi kỹ thuật tách rời được áp dụng nghiêm ngặt. Các thiết bị hoạt động và do đó các bộ lọc hoạt động dễ bị nhiễu và ion hóa RF hơn nhiều so với các bộ lọc RLC thụ động. Những cân nhắc thực tế giới hạn Q của các bộ lọc thông dải và khía ở mức nhỏ hơn 50. Đối với các mạch yêu cầu lọc (hẹp) rất chọn lọc, bộ lọc tinh thể, vì giá trị Q cao, sẽ được chứng minh là tốt nhất.

Mặc dù các bộ lọc tích cực được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực truyền thông và xử lý tín hiệu, nhưng chúng được sử dụng ở dạng này hay dạng khác trong hầu hết các hệ thống điện tử phức tạp. Đài phát thanh, TV, điện thoại, RADAR, vệ tinh không gian và thiết bị y sinh chỉ là một số hệ thống sử dụng các bộ lọc hoạt động.