BỘ LỌC HOẠT ĐỘNG: ĐẶC ĐIỂM, THỨ TỰ ĐẦU TIÊN VÀ THỨ HAI - CÔNG NGHỆ - 2026

Bộ lọc tích cực là những bộ lọc có nguồn được kiểm soát hoặc phần tử hoạt động, chẳng hạn như bộ khuếch đại hoạt động, bóng bán dẫn hoặc ống chân không. Thông qua một mạch điện tử, một bộ lọc có thể thực hiện mô hình hóa hàm truyền làm thay đổi tín hiệu đầu vào và đưa ra tín hiệu đầu ra theo thiết kế.

Cấu hình của một bộ lọc điện tử thường là chọn lọc và tiêu chí lựa chọn là tần số của tín hiệu đầu vào. Do những điều trên, tùy thuộc vào loại mạch (nối tiếp hoặc song song) bộ lọc sẽ cho phép truyền các tín hiệu nhất định và sẽ chặn đường truyền của phần còn lại.

Bằng cách này, tín hiệu đầu ra sẽ được đặc trưng bởi được tinh chỉnh theo các thông số thiết kế của mạch cấu thành bộ lọc.

nét đặc trưng

- Bộ lọc tích cực là bộ lọc tương tự, có nghĩa là chúng sửa đổi tín hiệu tương tự (đầu vào) như một chức năng của các thành phần tần số.

- Nhờ sự hiện diện của các thành phần tích cực (bộ khuếch đại hoạt động, ống chân không, bóng bán dẫn, v.v.), loại bộ lọc này làm tăng một phần hoặc toàn bộ tín hiệu đầu ra, đối với tín hiệu đầu vào.

Điều này là do sự khuếch đại công suất bằng cách sử dụng các bộ khuếch đại hoạt động (OPAMS). Điều này giúp dễ dàng thu được cộng hưởng và hệ số chất lượng cao mà không cần sử dụng cuộn cảm. Về phần mình, hệ số chất lượng - còn được gọi là hệ số Q - là thước đo độ nhạy và hiệu quả của cộng hưởng.

- Bộ lọc tích cực có thể kết hợp các thành phần tích cực và thụ động. Sau đó là các thành phần cơ bản của mạch: điện trở, tụ điện và cuộn cảm.

- Bộ lọc tích cực cho phép kết nối tầng, được cấu hình để khuếch đại tín hiệu và cho phép tích hợp giữa hai hoặc nhiều mạch nếu cần thiết.

- Trong trường hợp mạch có bộ khuếch đại hoạt động, điện áp đầu ra của mạch bị giới hạn bởi điện áp bão hòa của các phần tử này.

- Tùy thuộc vào loại mạch và xếp hạng của các phần tử tích cực và thụ động, bộ lọc tích cực có thể được thiết kế để cung cấp trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra nhỏ.

- Việc chế tạo bộ lọc tích cực có tính kinh tế so với các loại lắp ghép khác.

- Để hoạt động, bộ lọc hoạt động cần có nguồn điện, tốt nhất là đối xứng.

Bộ lọc đơn hàng đầu tiên

Bộ lọc bậc nhất được sử dụng để làm giảm tín hiệu trên hoặc dưới mức độ từ chối, theo bội số của 6 decibel mỗi khi tần số được tăng gấp đôi. Kiểu thiết lập này thường được biểu thị bằng hàm truyền sau:

Khi chia nhỏ tử số và mẫu số của biểu thức, chúng ta có:

- N (jω) là đa thức bậc ≤ 1

- t là nghịch đảo của tần số góc của bộ lọc

- W _c là tần số góc của bộ lọc và được cho bởi công thức sau:

Trong biểu thức này, f _c là tần số cắt của bộ lọc.

Tần số cắt là tần số giới hạn của bộ lọc gây ra sự suy giảm tín hiệu. Tùy thuộc vào cấu hình bộ lọc (thông thấp, thông cao, thông dải hoặc loại bỏ các dải), ảnh hưởng của thiết kế bộ lọc được trình bày chính xác từ tần số cắt.

Trong trường hợp cụ thể của bộ lọc thứ tự đầu tiên, chúng chỉ có thể là bộ lọc thấp hoặc vượt qua cao.

Bộ lọc thông thấp

Loại bộ lọc này cho phép các tần số thấp hơn đi qua và làm suy giảm hoặc triệt tiêu các tần số trên tần số cắt.

Chức năng truyền cho các bộ lọc thông thấp như sau:

Đáp ứng biên độ và pha của hàm truyền này là:

Bộ lọc thông thấp tích cực có thể thực hiện chức năng thiết kế bằng cách sử dụng điện trở đầu vào và nối đất, cùng với op-amps và cấu hình điện trở và tụ điện song song. Dưới đây là một ví dụ về một mạch biến tần thông thấp hoạt động:

Các tham số của hàm truyền cho mạch này là:

Bộ lọc thông cao

Về phần mình, các bộ lọc thông cao có tác dụng ngược lại, so với các bộ lọc thông thấp. Nói cách khác, loại bộ lọc này làm giảm tần số thấp và cho phép tần số cao vượt qua.

Thậm chí, tùy thuộc vào cấu hình mạch, các bộ lọc thông cao tích cực có thể khuếch đại tín hiệu nếu chúng có các bộ khuếch đại hoạt động được bố trí đặc biệt cho mục đích đó. Chức năng truyền của bộ lọc thông cao hoạt động bậc một như sau:

Biên độ và đáp tuyến pha của hệ là:

Bộ lọc thông cao tích cực sử dụng các điện trở và tụ điện mắc nối tiếp ở đầu vào của mạch, cũng như một điện trở trong đường phóng điện xuống đất, để làm trở kháng phản hồi. Đây là một ví dụ về một mạch biến tần thông cao hoạt động:

Các tham số của hàm truyền cho mạch này là:

Bộ lọc thứ hai

Bộ lọc bậc hai thường thu được bằng cách tạo nối tiếp bộ lọc bậc một, để có được một tổ hợp phức tạp hơn cho phép điều chỉnh tần số một cách chọn lọc.

Biểu thức chung cho hàm truyền của bộ lọc bậc hai là:

Khi chia nhỏ tử số và mẫu số của biểu thức, chúng ta có:

- N (jω) là đa thức bậc ≤ 2.

- W _o là tần số góc của bộ lọc và được cho bởi công thức sau:

Trong phương trình này, f _o là tần số đặc trưng của bộ lọc. Trường hợp mắc đoạn mạch RLC (điện trở, cuộn cảm và tụ điện mắc nối tiếp) thì tần số đặc trưng của bộ lọc trùng với tần số cộng hưởng của bộ lọc.

Suy ra, tần số cộng hưởng là tần số mà hệ đạt được li độ dao động cực đại.

- ζ là hệ số tắt dần. Yếu tố này xác định khả năng của hệ thống để làm giảm tín hiệu đầu vào.

Đổi lại, từ hệ số tắt dần, hệ số chất lượng bộ lọc thu được thông qua biểu thức sau:

Tùy thuộc vào thiết kế của trở kháng mạch, các bộ lọc tích cực bậc hai có thể là: bộ lọc thông thấp, bộ lọc thông cao và bộ lọc thông dải.

Các ứng dụng

Các bộ lọc tích cực được sử dụng trong mạng điện để giảm nhiễu trong mạng, do kết nối của các tải phi tuyến tính.

Những nhiễu này có thể được thấm qua bằng cách kết hợp các bộ lọc tích cực và thụ động, đồng thời thay đổi trở kháng đầu vào và cài đặt RC trong suốt quá trình lắp ráp.

Trong mạng điện công suất, bộ lọc tích cực được sử dụng để giảm sóng hài của dòng điện lưu thông qua mạng giữa bộ lọc tích cực và nút phát điện.

Tương tự như vậy, các bộ lọc tích cực giúp cân bằng các dòng điện trở lại lưu thông qua trung tính và các sóng hài liên quan đến dòng điện tuần hoàn này và điện áp hệ thống.

Ngoài ra, các bộ lọc tích cực đóng một vai trò tuyệt vời trong việc hiệu chỉnh hệ số công suất của các hệ thống điện được kết nối với nhau.

Người giới thiệu

1. Bộ lọc hoạt động (sf). Đại học Thực nghiệm Quốc gia Táchira. Bang Táchira, Venezuela. Được khôi phục từ: unet.edu.ve
2. Lamich, M. (2001). Bộ lọc Hoạt động: Giới thiệu và Ứng dụng. Đại học Politècnica de Catalunya, Tây Ban Nha. Được khôi phục từ: crit.upc.edu
3. Miyara, F. (2004). Bộ lọc đang hoạt động. Đại học Quốc gia Rosario. Argentina. Được khôi phục từ: fceia.unr.edu.ar
4. Gimenez, M (sf). Lý thuyết đoạn mạch II. Đại học Simon Bolivar. Bang Miranda, Venezuela. Được khôi phục từ: labc.usb.ve
5. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2017). Bộ lọc đang hoạt động. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
6. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2017). Bộ lọc điện tử. Phục hồi từ: es.wikipedia.org