Aktif Bant Geçiren Filtre / Active Band Pass Filter

Alçak geçiren bir filtre için, geçiş bandı 0Hz veya DC’den başlar ve maksimum geçiş bandı kazancından-3db’de belirtilen kesme frekansı noktasına kadar devam eder. Aynı şekilde yüksek geçişli bir filtre için geçiş bandı bu-3dB kesme frekansından başlar ve aktif bir filtre için sonsuzluğa veya maksimum açık döngü kazancına kadar devam eder. Bununla birlikte aktif bant geçiren filtre, elektronik sistemlerde belirli bir frekansta bir sinyali ayırmak için kullanılan bir frekans seçici filtre devresidir. Frekansların belirli bir “bandı” içinde yer alan bir dizi sinyal olmasından dolayı biraz farklıdır. Bu bant veya frekans aralığı, bu iki noktanın dışındaki sinyalleri zayıflatırken “düşük frekans” ( ƒL ) ve “yüksek frekans” ( ƒH ) etiketli iki kesme veya köşe frekans noktası arasında ayarlanmaktadır.

Basit aktif bant geçiren filtre, gösterildiği gibi tek bir alçak geçiren filtre ile tek bir yüksek geçiren filtreyi bir araya getirerek kolayca yapılabilir.

Alçak geçiren filtrenin (LPF) kesme veya köşe frekansı, yüksek geçiren filtrenin (HPF) kesme frekansından daha yüksektir. -3dB noktasındaki frekanslar arasındaki fark, bu noktaların dışındaki sinyalleri zayıflatırken bant geçiren filtrenin “bant genişliğini” belirleyecektir. Çok basit bir aktif bant geçiren filtre yapmanın bir yolu, daha önce baktığımız temel pasif yüksek ve alçak geçiren filtreleri gösterildiği gibi bir amplifikatör op-amp devresine bağlamaktır.

Aktif Bant Geçiren Filtre Devresi

Tek tek düşük ve yüksek geçişli pasif filtrelerin bir araya getirilmesi, geniş bir geçiş bandına sahip düşük bir “Q faktörü” tipi filtre devresi üretir. Filtrenin ilk aşaması, kaynaktan gelen herhangi bir DC önyargısını engellemek için kondansatörü kullanan yüksek geçiş aşaması olacaktır. Bu tasarım, bir yarısı düşük geçiş tepkisini temsil eden ve diğer yarısı gösterildiği gibi yüksek geçiş tepkisini temsil eden nispeten düz bir asimetrik geçiş bandı Frekans tepkisi üretme avantajına sahiptir.

Daha yüksek köşe noktası (ƒH ) ve daha düşük köşe frekans kesme noktası ( ƒL), standart birinci dereceden düşüktür. Bu filtre devresi de yüksek geçişli filtre devrelerinde daha önce olduğu gibi hesaplanır. Açıkçası düşük geçiş ve yüksek geçiş aşamaları arasında herhangi bir etkileşimi önlemek için iki kesme noktası arasında makul bir ayrım gereklidir. Amplifikatör ayrıca iki aşama arasında izolasyon sağlar ve devrenin toplam voltaj kazancını tanımlar.

Bu nedenle filtrenin bant genişliği, bu üst ve alt-3dB noktaları arasındaki farktır. Örneğin,- 3dB kesme noktaları 200Hz ve 600hz’de ayarlanmış bir bant geçiren filtremiz olduğunu varsayalım. Daha sonra filtrenin bant genişliği şu şekilde verilecektir: bant genişliği (BW) = 600 – 200 = 400Hz.

Aktif bir bant geçiren filtre için normalleştirilmiş Frekans tepkisi ve faz kayması aşağıdaki gibi olacaktır:

Aktif Bant Geçiren Frekans Tepkisi

Yukarıdaki pasif ayarlı filtre devresi, bir bant geçiren filtre olarak çalışacak olsa da geçiş bandı (bant genişliği) oldukça geniş olabilir. Küçük bir frekans bandını izole etmek istiyorsak bu bir sorun olabilir. Aktif bant geçiren filtre, ters işlem amplifikatörü kullanılarak da yapılabilir.

Bu nedenle dirençlerin ve kondansatörlerin filtre içindeki konumlarını yeniden düzenleyerek, aşağıda gösterildiği gibi çok daha iyi bir filtre devresi üretebiliriz. Aktif bir bant geçiren filtre için, alt cut-off-3db noktası ƒC1 tarafından verilirken, üst cut-off-3dB noktası ƒC2 tarafından verilir.

Ters Bant Geçiren Filtre Devresi

Bu tip bant geçiren filtre, çok daha dar bir geçiş bandına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Filtrenin Merkez frekansı ve bant genişliği R1, R2, C1 ve C2 değerleri ile ilgilidir. Filtrenin çıkışı yine op-amp’in çıkışından alınmaktadır.

Çoklu Geri Besleme Bant Geçiren Aktif Filtre

Sonsuz kazançlı çoklu geri besleme (IGMF) bant geçiren filtre üretmek için bileşenleri tekrar düzenleyerek yukarıdaki devrenin bant geçiren tepkisini artırabiliriz. Bu tip aktif bant geçiş tasarımı, negatif geri besleme aktif filtresine dayanan “ayarlanmış” bir devre üretir. Bu da yüksek bir “Q faktörü” (25’e kadar) genlik tepkisi ve merkez frekansının her iki tarafında dik bir yuvarlanma sağlamaktadır. Devrenin frekans tepkisi bir rezonans devresine benzer olduğundan, bu merkez frekansı rezonans frekansı ( ƒr) olarak adlandırılır.

Sonsuz Kazanç Çoklu Geribildirim Aktif Filtre

Daha sonra dirençler, R1 ve R2 arasındaki ilişkinin “Q faktörü” bant geçişini ve maksimum genliğin meydana geldiği frekansı belirlediğini, devrenin kazancının-2Q2’YE eşit olacağını görebiliriz. Daha sonra kazanç arttıkça seçicilik de artar. Başka bir deyişle, yüksek kazanç – yüksek seçicilik..

Aktif Bant Geçiren Filtre Örneği

Bir (1) Av voltaj kazancı ve 1khz rezonans frekansı ƒr’ye sahip aktif bant geçiren filtre, sonsuz kazançlı çoklu geri besleme filtresi devresi kullanılarak oluşturulur. Devreyi uygulamak için gereken bileşenlerin değerlerini hesaplayın.

İlk olarak, Q’yu bulmak için devrenin kazancını kullanarak aktif filtre için gerekli olan iki direncin, R1 ve R2’nin değerlerini aşağıdaki gibi belirleyebiliriz.

Daha sonra Q = 0.7071 değerinin bir direnç ilişkisi verdiğini, R2’nin direnç R1’in iki katı olduğunu görebiliriz. Daha sonra gerekli iki oranı vermek için herhangi bir uygun direnç değerini seçebiliriz. Sonra direnç R1 = 10kΩ ve R2 = 20kΩ.

Merkez veya rezonans frekansı 1 kHz olarak verilir. Elde edilen yeni direnç değerlerini kullanarak, C = C1 = C2 olduğunu varsayarak gerekli kondansatörlerin değerini belirleyebiliriz.

Rezonans Frekans Noktası

Herhangi bir pasif veya aktif bant geçiren filtre için Frekans tepkisi eğrisinin gerçek şekli, filtre devresinin özelliklerine bağlı olacaktır. Yukarıdaki eğri “ideal” bir bant geçiren tepki olarak tanımlanacaktır. Devre tasarımı içinde (iki kapasitörler) “iki” reaktif bileşenleri olduğundan aktif band geçirgen filtre 2. derece türündendir.

Bu iki reaktif bileşenin bir sonucu olarak, filtre “Merkez frekansı” ƒc’de bir tepe tepkisine veya Rezonans frekansına ( ƒr ) sahip olacaktır. Merkez frekansı genellikle, rezonans frekansı (salınım noktası) olarak verilen üst ve alt kesme noktaları arasındaki iki-3dB frekansının geometrik ortalaması olarak hesaplanır: