Ang filter ng bandpass nagbibigay-daan sa mga signal na mag-supply sa pagitan ng dalawang partikular na frequency, kahit na pinaghihiwalay ang mga signal na ito sa ibang mga frequency. Ang mga uri ng bandpass filter ay magagamit sa iba't ibang uri; ang ilan sa disenyo ng bandpass filter ay ginawa gamit ang panlabas na kapangyarihan at mga aktibong bahagi tulad ng; transistors, at integrated circuits, na tinatawag na active BPF. Gayundin, ang ilang mga filter ay gumagamit ng anumang pinagmumulan ng kuryente at mga passive na bahagi tulad ng mga inductor at capacitor, na tinatawag na passive BPF. Ang mga filter na ito ay naaangkop sa mga wireless transmitter at receiver.
Ang BPF sa isang transmitter ay ginagamit para sa paglilimita sa bandwidth ng output signal sa hindi bababa sa kinakailangang antas at pagpapadala ng data sa perpektong bilis at anyo. Gayundin, ang filter na ito sa isang receiver ay nagbibigay-daan sa mga signal sa loob ng isang pinapaboran na antas ng dalas na ma-decode, habang pinananatiling wala sa mga signal sa hindi kinakailangang mga frequency. Ang S/N ratio ng isang receiver ay na-optimize sa pamamagitan ng isang bandpass filter. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling impormasyon sa isang aktibong band pass filter .
Ano ang Active Band Pass Filter?
Isang uri ng bandpass filter na gumagamit ng mga aktibong sangkap tulad ng an amplifier ng pagpapatakbo , kasama ang mga resistors at capacitor upang mabuo ang filter ay kilala bilang isang aktibong band pass filter. Ang mga bandpass filter na ito ay nagpapalakas ng input signal bilang karagdagan sa pag-filter, bagama't kailangan nila ng panlabas na pinagmumulan ng kuryente.
Ang band pass filter na ito ay idinisenyo sa pamamagitan ng pag-cascade ng HPF, amplifier, at LPF gaya ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang amplifier circuit sa pagitan ng HPF at LPF ay nagbibigay ng paghihiwalay at nagbibigay ng kabuuang boltahe na nakuha. Ang mga halaga ng cut-off na dalas ng parehong mga filter ay dapat na mapanatili ng hindi bababa sa pagkakaiba-iba. Kung napakaliit ng variation na ito, may posibilidad ng interaksyon sa pagitan ng low pass at high pass na mga yugto. Samakatuwid, kinakailangan ang isang amplifying circuit. upang magkaroon ng mga tamang antas ng mga cut-off frequency na ito.
Prinsipyo sa Paggawa ng Active Band Pass Filter
Gumagana ang aktibong bandpass filter sa pamamagitan ng pagpapahina ng mga frequency sa itaas o ibaba ng isang hanay ng mga frequency (ibig sabihin, passband o ang bandwidth ng filter). Ang anumang signal na may dalas sa hanay ng bandpass na iyon ay dumadaan lamang sa filter. Ang anumang frequency na nasa labas ng bandpass ay binabawasan o pinahina.
Disenyo ng Filter ng Active Band Pass
Ang aktibong bandpass filter circuit ay ipinapakita sa ibaba. Maaaring idisenyo ang circuit na ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga indibidwal na low-pass at high-pass na passive na filter. Nagbibigay ito ng mababang uri ng filter na 'Quality-factor' na naglalaman ng malawak na pass band. Ang pangunahing yugto ng aktibong band pass filter ay ang high pass stage na gumagamit ng capacitor para sa pagharang ng anumang DC biasing mula sa pangunahing pinagmulan.
Ang disenyo ng circuit na ito ay may pakinabang na makabuo ng isang medyo flat asymmetrical pass band frequency response sa pamamagitan ng isang kalahati na nagpapahiwatig ng low pass na tugon samantalang ang natitirang kalahati ay nagpapahiwatig ng isang high pass na tugon.
Ang mas mataas na corner point na 'ƒH' at ang lower corner frequency cut-off point na 'ƒL' ay kinakalkula tulad ng dati sa normal na first-order na LPF at HPF circuit.
Ang isang makatwirang paghihiwalay ay kinakailangan sa pagitan ng dalawang cut-off point upang maiwasan ang anumang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga yugto ng LPF at HPF. Ang amplifier ay tumutulong sa pagbibigay ng paghihiwalay sa pagitan ng dalawang yugto ng filter upang ilarawan ang kabuuang boltahe na nakuha ng filter circuit. Samakatuwid, ang bandwidth ng filter ay ang pagkakaiba sa pagitan ng mas mataas at mas mababang -3dB na puntos. Ang normalized na frequency response at phase shift ng isang aktibong BPF ay ang mga sumusunod.
Dalas na Tugon
Kapag ang nasa itaas na passive-tuned na filter circuit ay gumagana bilang isang BPF, ang bandwidth ay maaaring medyo malawak. Ito ay maaaring isang problema kung nais nating paghiwalayin ang mga frequency gamit ang isang maliit na banda. Ang aktibong bandpass filter ay maaari ding idisenyo gamit ang inverting op-amp.
Kaya, sa pamamagitan ng muling pagsasaayos ng mga posisyon ng resistors at capacitor sa filter, makakabuo tayo ng mas magandang filter circuit. Ang mas mababang cut-off -3dB point ay tinukoy ng 'ƒC1' para sa isang aktibong BPF habang ang mas mataas na cut-off -3dB point ay tinukoy ng 'ƒC2'.
Ang filter sa itaas ay may dalawang center frequency na HPF at LPF. Ang HIGH pass filter dapat na mas mababa ang center frequency kumpara sa center frequency ng LPF.
Ang center frequency ng BPF ay ang geometric na mean ng upper at lower cut-off frequency tulad ng; fr2 = fH x fL.
Ang nakuha ng aktibong BPF ay 20 log (Vout/Vin) dB/Decade.
Ang tugon ng amplitude ay nauugnay sa mga tugon ng LPF at HPF. Ang curve ng pagtugon ay pangunahing nakasalalay sa pagkakasunud-sunod ng cascading filter.
Q Factor
Ang pangkalahatang lapad ng aktwal na passband sa pagitan ng itaas at ibabang -3dB na mga sulok na punto ng aktibong bandpass filter ay nagpapasya sa Q-factor ng circuit. Ang halaga ng Q factor ay mas mababa pagkatapos ay ang bandwidth ng filter ay mas malawak. Bilang resulta, mas mataas ang Q factor, mas makitid ang filter.
Minsan, ang Q factor ng aktibong bandpass filter ay tinutukoy ng Greek na simbolo na 'α' at tinatawag na alpha-peak frequency.
α = 1/Q
Dahil ang 'Q' ng isang aktibong BPF ay nauugnay sa 'kataliman' ng tugon ng filter sa paligid ng 'ƒr' nito (center resonant frequency) kung gayon maaari din itong kilalanin bilang Damping Factor (o) Damping Coefficient dahil ang filter ay may mas pamamasa pagkatapos ang filter ay may mas patag na tugon. Ang filter ay may mas kaunting pamamasa, ang tugon ng filter ay mas matalas.
Ang damping ratio ay ipinahiwatig ng simbolong Griyego na 'ξ'
ξ = a/2
Ang quality factor ng isang aktibong band pass filter ay ang ratio ng ƒr (Resonant Frequency) sa BW (Bandwidth) sa pagitan ng mas mataas at mas mababang -3dB frequency.
Mga Uri ng Filter ng Active Band Pass
Mayroong dalawang uri ng mga aktibong band pass filter; wide band pass filter at narrow band pass filter na tinatalakay sa ibaba.
Malawak na Band Pass Filter
Kung ang halaga ng quality factor (Q) ay mas mababa sa sampu, ang pass band ay malawak, at pagkatapos ay binibigyan tayo nito ng mas malaking bandwidth. Kaya ang BPF na ito ay kilala bilang Wide Band Pass Filter. Sa isang malawak na band pass filter, ang mataas na cut-off frequency ay dapat na mas malaki kumpara sa mas mababang cut-off frequency.
Una, ang signal ay dumadaan sa HPF, ang output signal ng filer na ito ay may posibilidad na infinity na ibinibigay sa LPF sa dulo. Ang LPF na ito ay mababawasan ang mas mataas na frequency signal.
Sa tuwing ang HPF ay na-cascade sa pamamagitan ng LPF kung gayon ang simpleng BPF ay maaaring makuha. Upang maunawaan ang filter na ito, ang pagkakasunud-sunod ng mga circuit ng LPF at HPF ay dapat na magkatulad.
Ang pag-cascading ng isang first-order na LPF at HPF ay nagbibigay sa amin ng pangalawang-order na BPF. Sa pamamagitan ng pag-cascade ng dalawang first-order na LPF na may dalawang HPF ay bumubuo ng fourth-order BPF.
Dahil sa cascading na ito, ang circuit ay nagbibigay ng mababang kalidad na halaga ng kadahilanan. Hinaharangan ng kapasitor sa loob ng unang-order na HPF ang anumang pagkiling ng DC mula sa signal ng i/p.
Sa parehong mga stop band, ang gain roll off ay ± 20 dB bawat dekada sa second-order na filter case. Ang LPF at HPF ay dapat nasa unang pagkakasunud-sunod lamang.
Gayundin, sa tuwing ang dalawang filter ay nasa pangalawang pagkakasunud-sunod, ang gain roll-off sa parehong stop band ay humigit-kumulang ± 40dB/Dekada.
Expression:
Ang expression para sa bandpass filter boltahe gain ay ibinibigay bilang:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
Ito ay natatamo ng mga indibidwal na pakinabang ng parehong LPF at HPF, kaya ang parehong mga nakuha ng filter ay ibinibigay bilang;
Voltage Gain para sa HPF
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Voltage Gain para sa LPF
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
Kung saan ang 'Amax1' ay ang pakinabang ng yugto ng HPF & 'Amax2; ay ang pakinabang ng yugto ng LPF.
Ang tugon ng wide-band na filter ay ipinapakita sa ibaba.
Filter ng Narrow Band Pass
Kung mas mataas sa sampu ang value factor ng kalidad, magiging makitid ang pass band at mas mababa din ang passband bandwidth. Kaya ang filter na ito ay kilala bilang ang Narrow Band Pass Filter.
Gumagamit lang ang filter na ito ng isang aktibong bahagi tulad ng op-amp sa halip na dalawa. Ang op-amp na ginamit sa circuit na ito ay nasa isang inverting configuration. Ang op-amp gain sa filter na ito ay maximum sa 'fc' center frequency.
Ang makitid na bandpass filter circuit ay ipinapakita sa ibaba. Ang input ay ibinibigay sa inverting input terminal ng op-amp pagkatapos ay ang op-amp ay kilala bilang sa inverting configuration. Ang makitid na BPF circuit na ito ay nagbibigay ng makitid na tugon ng BPF.
Ang boltahe na nakuha ng filter circuit na ito ay AV = – R2 / R1
Ang mga cut-off frequency ng filter circuit na ito ay;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Mga Kalamangan at Kahinaan
Ang mga pakinabang ng isang aktibong band pass filter isama ang mga sumusunod.
- Nakakatulong ang filter na ito sa pagpapadala o pagpapadala ng gustong signal ng frequency range, kaya nakakatulong ito sa pagtitipid ng enerhiya.
- Tumutulong ang bandpass filter na ito sa pag-filter ng mga signal sa pagitan ng dalawang hanay ng frequency.
Ang mga disadvantage ng mga aktibong bandpass filter ay kinabibilangan ng mga sumusunod.
- Ang isang aktibong bandpass filter ay nagbibigay-daan lamang sa isang ginustong hanay ng mga frequency na dumaan.
- Maaari silang maging masyadong mahigpit, lalo na sa tuwing ginagamit na may makitid na bandwidth. Kaya nagreresulta ito sa pagkawala ng makabuluhang nilalaman ng dalas upang gawing hungkag o manipis ang tunog.
- Ang mga filter na ito ay mahal.
- Ang mga filter na ito ay may isang kumplikadong sistema ng kontrol.
- Mayroon silang limitadong saklaw ng dalas.
Mga aplikasyon
Kasama sa mga application ng mga aktibong bandpass filter ang sumusunod.
- Ang aktibong bandpass filter ay ginagamit sa maraming optical application tulad ng; mga komunikasyon sa satellite, telekomunikasyon at paglipat ng data sa light modulation.
- Ang mga filter na ito ay ginagamit sa mga kagamitang pang-audio upang ihiwalay ang mga frequency na nasa saklaw ng naririnig mula 20 Hz hanggang 20 kHz.
- Ang aktibong BPF ay ginagamit sa mga wireless na sistema ng komunikasyon upang i-filter ang mga hindi gustong signal at ingay upang mapahusay ang kahusayan ng komunikasyon.
- Ang mga filter na ito ay ginagamit sa pag-tune at high-speed mode na pag-lock ng mga EDF ring laser.
- Ang ganitong uri ng BPF ay ginagamit upang i-level ang o/p spectrum ng EDF super fluorescent sources.
- Ang filter na ito ay ginagamit sa signal transmitter at signal receiver sa isang wireless na sistema ng komunikasyon.
- Ginagamit ang mga ito sa kasalukuyang mga audio system tulad ng stereo system, Distributed Speaker system, Dolby Music System, atbp.
- Ang ganitong uri ng filter ay ginagamit para sa frequency control sa audio equalizer circuits, LASER, LIDAR & mga sistema ng komunikasyon ng SONAR.
- Ginagamit ito sa mga medikal na device tulad ng ECG at sa neuroscience para mangolekta at magsuri ng data.
Saan Ginagamit ang Active Band Pass Filter?
Ang aktibong bandpass filter ay ginagamit sa field ng telekomunikasyon at ginagamit din sa loob ng hanay ng dalas ng audio mula 0 kHz hanggang 20 kHz para sa mga modem at pagproseso ng pagsasalita. Karaniwang ginagamit ang mga ito sa mga wireless transmitter at receiver
Ano ang Pagkakaiba sa pagitan ng Active at Passive Band Pass Filter?
Gumagana ang mga aktibong filter na may pinagmumulan ng kuryente samantalang ang mga passive na filter ay hindi nangangailangan ng pinagmumulan ng kuryente. Ang output ng passive na filter ay nagbabago sa pagkarga habang pinapanatili ng aktibong filter ang pagganap nito anuman ang konektadong pagkarga.
Ano ang transfer function ng isang bandpass filter?
Ang pag-uugali ng band-pass na filter ay maaaring mathematically na inilarawan sa isang transfer function. Ito ay isang kumplikadong function na nagkokonekta sa input at output signal ng filter. Kaya ang T.F ay ibinibigay ng H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Ano ang isang Filter Transfer Function?
Ang filter transfer function ay ang Z-transform ng impulse response nito. Kabilang dito ang buong quadratic equation sa loob ng parehong numerator at denominator. Nagbibigay ito ng base para ipatupad ang mga katangian ng low-pass, high-pass, single-frequency notch at band-reject.
Y(z) = H(z)X(z) =( h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng aktibo bandpass filter, circuit, gumagana , mga uri, at mga aplikasyon. Ang mga aktibong band-pass na filter ay mahalagang bahagi sa loob ng mga electronic circuit upang maipasa ang isang tiyak na hanay ng mga frequency nang pili habang pinapapahina ang iba. Nagbibigay ang mga filter na ito ng ilang benepisyo tulad ng mataas na katumpakan at pakinabang. Ang mga aktibong BPF ay karaniwang ginagamit sa sistema ng komunikasyon pati na rin ang mga application na nakabatay sa pagpoproseso ng signal kung saan kailangan ang katatagan at mataas na katumpakan tulad ng sa mga radio receiver. Ginagamit ang mga ito Sa iba't ibang aplikasyon, audio, biomedical engineering at komunikasyon sa radyo. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang isang passive bandpass filter?
