Phân loại bộ lọc hoạt động

Phân loại bộ lọc hoạt động

Các bộ lọc tích cực được sử dụng rộng rãi nhất là

(i) thông thấp

(ii) thông cao

(iii) băng thông

(iv) chặn dải hoặc loại bỏ dải (còn gọi là loại bỏ dải hoặc khía) và

(v) bộ lọc thông suốt.

Các loại bộ lọc hoạt động

Tất cả các bộ lọc này đều sử dụng op-amps làm phần tử hoạt động và mạng RC. Mặc dù op-amp loại 741 hoạt động ổn định trong các mạch lọc này, nhưng các op-amp tốc độ cao như LM 318 hoặc ICL 8017 cải thiện hiệu suất của các mạch lọc thông qua tốc độ quay tăng lên và GBW thống nhất cao hơn.

Bộ lọc thông thấp:

Bộ lọc thông thấp có mức tăng không đổi từ 0 Hz đến tần số cắt cao f _H . Do đó băng thông cũng là f _H . Ở tần số cắt cao f _H, mức tăng giảm đi 3 db và đối với f > f _H , mức tăng này giảm khi tăng tần số đầu vào. Các tần số nằm trong khoảng từ 0 đến / _H được gọi là tần số dải thông trong khi dải tần số vượt quá f _H bị suy giảm và do đó được gọi là tần số dải dừng.

Đáp ứng tần số của bộ lọc thông thấp được minh họa trong hình. Như được biểu thị bằng đường đứt nét, một bộ lọc lý tưởng không bị suy hao ở dải thông và tổn hao vô hạn (hoặc suy hao) ở dải chắn. Nhưng đáp ứng bộ lọc lý tưởng là không thực tế vì mạng tuyến tính không thể tạo ra sự gián đoạn. Tuy nhiên, có thể đạt được phản hồi thực tế gần bằng phản hồi lý tưởng bằng cách sử dụng các kỹ thuật thiết kế đặc biệt, các thành phần chính xác và bộ khuếch đại thuật toán tốc độ cao như LM 318 hoặc ICL 8017.

Các bộ lọc Butterworth, Chebyshev, Bessel và Elliptic là một số bộ lọc thực tế được sử dụng rộng rãi nhất để xấp xỉ đáp ứng lý tưởng . Đặc điểm chính của bộ lọc Butterworth là nó có dải thông phẳng cũng như dải chặn phẳng. Đây là lý do đôi khi nó được gọi là bộ lọc phẳng phẳng. Bộ lọc Chebyshev có dải thông gợn nhưng dải chặn phẳng. Bộ lọc Elliptic có dải thông gợn sóng cũng như dải chặn gợn sóng. Nói chung, bộ lọc Elliptic cung cấp phản hồi băng tần tốt nhất trong số ba bộ lọc.

Bộ lọc thông cao:

Bộ lọc thông cao có băng chặn 0 < f < f _L và băng thông f > f _L được hiển thị trong hình.b. Ở đây / _L là tần số cắt dưới và / là tần số hoạt động.

Bộ lọc thông dải:

Bộ lọc thông dải có dải thông nằm giữa hai tần số cắt f _H và f _L trong đó f _H > f _L và hai dải dừng ở 0 < f < f _L và f > f _H . Do đó, băng thông của bộ lọc thông dải bằng f _H – f _L . Tất cả những điều này đều rõ ràng từ đáp ứng tần số của bộ lọc thông dải được minh họa trong hình. c

Bộ lọc chặn băng tần:

Bộ lọc chặn dải hoàn toàn trái ngược với bộ lọc thông dải về hiệu suất, tức là nó có một dải tần giữa hai tần số cắt f _H và f _L và hai dải thông 0 < f < f _L và f > f _H . Đáp ứng tần số của bộ lọc chặn dải được minh họa trong hình. d. Trong quả sung. (c) và (d), f _c được gọi là tần số trung tâm, vì nó xấp xỉ ở trung tâm của dải thông hoặc dải chắn.

Bộ lọc tất cả thông qua:

Hình (e) minh họa sự dịch pha giữa điện áp đầu vào và đầu ra của bộ lọc toàn thông. Bộ lọc này vượt qua tất cả các tần số một cách tốt như nhau (tức là điện áp đầu ra và đầu vào có độ lớn bằng nhau đối với tất cả các tần số) nhưng có sự dịch pha giữa hai tần số; sự dịch pha là một hàm của tần số đầu vào. Tần số cao nhất mà cường độ của đầu vào và đầu ra vẫn bằng nhau tùy thuộc vào đơn vị GBW của op-amp. Tuy nhiên, ở tần số này, độ dịch pha giữa đầu vào và đầu ra là tối đa. Bộ lọc Bessel có độ lệch pha tối thiểu được sử dụng, mặc dù đặc tính ngưỡng của nó không sắc nét lắm.

Trước khi tiếp tục với các loại bộ lọc cụ thể, hãy kiểm tra lại các đặc tính của bộ lọc, đặc biệt là ở vùng dải chắn. Như được minh họa trong các hình (a) đến (d), đường cong đáp ứng thực tế của các bộ lọc trong dải chặn tăng hoặc giảm đều đặn khi tăng tần số. Tốc độ thay đổi độ lợi của bộ lọc trong dải chặn được xác định theo thứ tự của bộ lọc. Ví dụ: đối với bộ lọc thông thấp bậc nhất, trong trường hợp bộ lọc Butterworth, mức tăng giảm ở tốc độ 20 db mỗi thập kỷ trong dải dừng, tức là với f > f _H . Mặt khác, đối với bộ lọc thông thấp bậc hai, tốc độ roll-off là 40 db mỗi thập kỷ, v.v.