El filtre passabanda permet que els senyals subministrin entre dues freqüències particulars, tot i que separa aquests senyals a altres freqüències. Aquests tipus de filtres de pas de banda estan disponibles en diversos tipus; part del disseny del filtre de pas de banda està fet amb potència externa i components actius com; transistors i circuits integrats, que s'anomenen BPF actius. De la mateixa manera, alguns filtres utilitzen qualsevol font d'alimentació i components passius, com ara inductors i condensadors, anomenats BPF passius. Aquests filtres són aplicables als transmissors i receptors sense fil.
Un BPF en un transmissor s'utilitza per limitar l'amplada de banda del senyal de sortida al nivell menys requerit i transmetre dades a la velocitat i la forma ideals. Així mateix, aquest filtre en un receptor permet descodificar els senyals dins d'un nivell de freqüència afavorit, mantenint-se absents de senyals a freqüències innecessàries. La relació S/N d'un receptor s'optimitza mitjançant un filtre passabanda. Aquest article proporciona informació breu sobre un filtre de pas de banda actiu .
Què és un filtre de pas de banda actiu?
Un tipus de filtre de pas de banda que utilitza components actius com un amplificador operacional , juntament amb resistències i condensadors per formar el filtre es coneix com a filtre de pas de banda actiu. Aquests filtres de pas de banda amplifiquen el senyal d'entrada a més del filtratge, tot i que necessiten una font d'alimentació externa.
Aquest filtre de pas de banda està dissenyat posant en cascada un HPF, un amplificador i un LPF, tal com es mostra a la figura següent. El circuit amplificador entre HPF i LPF proporciona aïllament i proporciona un guany de tensió global. Els valors de freqüència de tall d'ambdós filtres s'han de mantenir amb la menor variació. Si aquesta variació és extremadament petita, hi ha una possibilitat d'interacció entre les etapes de pas baix i pas alt. Per tant, cal un circuit amplificador. per tenir els nivells adequats d'aquestes freqüències de tall.
Principi de funcionament del filtre de pas de banda actiu
El filtre de pas de banda actiu funciona atenuant les freqüències per sobre o per sota d'un rang de freqüències (és a dir, la banda de pas o l'amplada de banda del filtre). Qualsevol senyal amb una freqüència en aquest rang de pas de banda passa simplement pel filtre. Qualsevol freqüència que estigui fora del pas de banda es redueix o s'atenua.
Disseny de filtre de pas de banda actiu
A continuació es mostra el circuit de filtre passabanda actiu. Aquest circuit es pot dissenyar combinant en cascada filtres passius de pas baix i pas alts individuals. Ofereix un filtre de tipus 'factor de qualitat' baix que conté una banda de pas àmplia. L'etapa principal del filtre de pas de banda actiu és l'etapa de pas alt que utilitza el condensador per bloquejar qualsevol polarització de CC de la font principal.


Aquest disseny de circuit té l'avantatge de generar una resposta de freqüència de banda de pas asimètrica força plana a través d'una sola meitat que significa la resposta de pas baix, mentre que la meitat restant significa una resposta de pas alt.

El punt de cantonada superior 'ƒH' i el punt de tall de freqüència de cantonada inferior 'ƒL' es calculen igual que abans als circuits LPF i HPF de primer ordre normals.
És necessària una separació raonable entre els dos punts de tall per evitar qualsevol interacció entre les etapes LPF i HPF. L'amplificador ajuda a proporcionar aïllament entre les dues etapes del filtre per descriure el guany de tensió global del circuit del filtre. Per tant, l'amplada de banda del filtre és la disparitat entre els punts més alts i inferiors de -3 dB. La resposta de freqüència normalitzada i el canvi de fase d'un BPF actiu serà el següent.
Resposta de freqüència
Quan el circuit de filtre de sintonització passiva anterior funciona com a BPF, l'amplada de banda pot ser bastant ample. Això pot ser un problema si volem separar freqüències amb una banda petita. El filtre de pas de banda actiu també es pot dissenyar amb un amplificador operatiu inversor.
Així, reorganitzant les posicions de les resistències i condensadors al filtre, podem generar un circuit de filtre molt millor. El punt de tall inferior de -3dB s'especifica per 'ƒC1' per a un BPF actiu, mentre que el punt de tall més alt de -3dB s'especifica per 'ƒC2'.
El filtre anterior té dues freqüències centrals HPF i LPF. El filtre de pas alt la freqüència central hauria de ser inferior en comparació amb la freqüència central de l'LPF.
La freqüència central de BPF és la mitjana geomètrica de les freqüències de tall superiors i inferiors com; fr2 = fH x fL.
El guany del BPF actiu és de 20 log (Vout/Vin) dB/Dècada.
La resposta d'amplitud està relacionada amb les respostes LPF i HPF. La corba de resposta depèn principalment de l'ordre del filtre en cascada.

Factor Q
L'amplada total de la banda de pas real entre els punts de cantonada superior i inferior de -3dB del filtre de pas de banda actiu decideix el factor Q del circuit. El valor del factor Q és més baix que l'ample de banda del filtre és més ampli. Com a resultat, el factor Q és més alt i el filtre és més estret.
De vegades, el factor Q del filtre de pas de banda actiu es denota amb el símbol grec 'α' i s'anomena freqüència de pic alfa.
α = 1/Q
Com que la 'Q' d'un BPF actiu es relaciona amb la 'agudesa' de la resposta del filtre al voltant de la seva 'ƒr' (freqüència de ressonància central), també es pot conèixer com a factor d'amortiment (o) coeficient d'amortiment perquè el filtre té més amortiment que el filtre té una resposta més plana. El filtre té menys amortiment, la resposta del filtre és més nítida.
La relació d'amortiment s'indica amb el símbol grec 'ξ'
ξ = a/2
El factor de qualitat d'un filtre de pas de banda actiu és la relació entre la ƒr (freqüència de ressonància) i la BW (amplada de banda) entre les freqüències més altes i inferiors de -3 dB.
Tipus de filtre de pas de banda actiu
Hi ha dos tipus de filtres de pas de banda actius; filtre de pas de banda ampla i filtre de banda estreta que es comenten a continuació.
Filtre de pas de banda ampla
Si el valor del factor de qualitat (Q) és inferior a deu, la banda de passada és àmplia i, aleshores, ens dóna l'amplada de banda més gran. Així, aquest BPF es coneix com a filtre de pas de banda ampla. En un filtre de pas de banda ampla, la freqüència de tall alta hauria de ser més gran en comparació amb la freqüència de tall més baixa.
Primer, el senyal passa a través de l'HPF, el senyal de sortida d'aquest fitxer tendirà a l'infinit que es dóna a l'LPF al final. Aquest LPF passarà baix el senyal de freqüència més alta.
Sempre que l'HPF es fa en cascada a través de LPF, es pot obtenir el BPF simple. Per entendre aquest filtre, l'ordre dels circuits LPF i HPF hauria de ser similar.
La cascada d'un LPF i HPF de primer ordre ens proporciona el BPF de segon ordre. En cascada dos LPF de primer ordre amb dos HPF formen un BPF de quart ordre.
A causa d'aquesta cascada, el circuit dóna un valor de factor de baixa qualitat. El condensador de l'HPF de primer ordre bloqueja qualsevol polarització de CC del senyal i/p.
A les dues bandes d'aturada, el guany es desfà de ± 20 dB per dècada en el cas del filtre de segon ordre. LPF i HPF només han de ser de primer ordre.
De la mateixa manera, sempre que els dos filtres es troben en segon ordre, la baixada de guany a les dues bandes de parada és d'aproximadament ± 40 dB/Dècada.
Expressió:
L'expressió del guany de tensió del filtre passabanda es dóna com:
Vout/Vin = Amax * (f/fL) / √(1+(f/fL)² (1+(f/fH)²
S'aconsegueix mitjançant els guanys individuals tant de LPF com de HPF, de manera que els guanys del filtre es donen com;
Guany de tensió per a HPF
Vout/Vin = Amax1 * (f/fL) / √[1+(f/fL)²]
Guany de tensió per a LPF
Vout / Vin = Amax2 /√[1+(f/fH)²]
Amax = Amax1 * Amax2
On 'Amax1' és el guany de l'etapa HPF & 'Amax2; és el guany de l'etapa LPF.
La resposta del filtre de banda ampla es mostra a continuació.

Filtre de banda estreta
Si el valor del factor de qualitat és superior a deu, la banda de pas serà estreta i l'amplada de banda també és menor. Per tant, aquest filtre es coneix com a Narrow Band Pass Filter.
Aquest filtre només utilitza un component actiu com l'amplificador operatiu en lloc de dos. L'amplificador operatiu utilitzat en aquest circuit està en una configuració inversora. El guany de l'amplificador operacional en aquest filtre és màxim a la freqüència central 'fc'.
A continuació es mostra el circuit del filtre de pas de banda estret. L'entrada es proporciona al terminal d'entrada inversor de l'amplificador operatiu, llavors l'amplificador operatiu es coneix com a configuració inversora. Aquest circuit BPF estret dóna una resposta BPF estreta.

El guany de tensió d'aquest circuit de filtre és AV = – R2 / R1
Les freqüències de tall d'aquest circuit de filtre són;
fC1 = 1 / (2π*R1*C1)
fC2 = 1 / (2π*R2*C2)
Avantatges i inconvenients
El avantatges d'un filtre de pas de banda actiu incloure el següent.
- Aquest filtre ajuda a enviar o transmetre un senyal de rang de freqüència preferit, per tant ajuda a estalviar energia.
- Aquest filtre de pas de banda ajuda a filtrar senyals entre dos rangs de freqüència.
Els desavantatges dels filtres de pas de banda actius inclouen els següents.
- Un filtre de pas de banda actiu només permet passar un rang preferit de freqüències.
- Poden ser massa restrictius, sobretot quan s'utilitzen amb una amplada de banda estreta. Per tant, això fa que es perdi un contingut de freqüència important per fer que el so se senti buit o prim.
- Aquests filtres són cars.
- Aquests filtres tenen un sistema de control complex.
- Tenen un rang limitat de freqüències.
Aplicacions
Les aplicacions dels filtres de pas de banda actius inclouen les següents.
- El filtre de pas de banda actiu s'utilitza en moltes aplicacions òptiques com; comunicacions per satèl·lit, telecomunicacions i transferència de dades en modulació de llum.
- Aquests filtres s'utilitzen en equips d'àudio per aïllar les freqüències que es troben en el rang audible de 20 Hz a 20 kHz.
- Active BPF s'utilitza en sistemes de comunicació sense fil per filtrar els senyals i el soroll no desitjats per millorar l'excel·lència de la comunicació.
- Aquests filtres s'utilitzen en l'ajustament i el bloqueig del mode d'alta velocitat dels làsers d'anell EDF.
- Aquest tipus de BPF s'utilitza per anivellar l'espectre o/p de les fonts superfluorescents EDF.
- Aquest filtre s'utilitza en el transmissor de senyal i el receptor de senyal en un sistema de comunicació sense fil.
- S'utilitzen en sistemes d'àudio actuals com el sistema estèreo, els sistemes d'altaveus distribuïts, el sistema de música Dolby, etc.
- Aquest tipus de filtre s'utilitza per al control de freqüència en circuits d'equalitzador d'àudio, LASER, LIDAR & Sistemes de comunicació SONAR.
- S'utilitza en dispositius mèdics com l'ECG i en neurociència per recollir i analitzar dades.
On s'utilitza el filtre de pas de banda actiu?
El filtre de pas de banda actiu s'utilitza en el camp de les telecomunicacions i també s'utilitza dins del rang de freqüències d'àudio de 0 kHz a 20 kHz per a mòdems i processament de veu. S'utilitzen habitualment en transmissors i receptors sense fil
Quina diferència hi ha entre el filtre de pas de banda actiu i passiu?
Els filtres actius funcionen amb una font d'alimentació, mentre que els filtres passius no necessiten una font d'alimentació. La sortida del filtre passiu canvia amb la càrrega mentre que el filtre actiu manté el seu rendiment independentment de la càrrega connectada.
Quina és la funció de transferència d'un filtre passabanda?
El comportament del filtre passa-banda es pot descriure matemàticament amb una funció de transferència. Aquesta és una funció complexa que connecta els senyals d'entrada i sortida del filtre. Així, la T.F ve donada per H(ω) = Vout(ω) / Vin(ω).
Què és una funció de transferència de filtres?
La funció de transferència del filtre és la transformada Z de la seva resposta d'impuls. Inclou equacions quadràtiques senceres tant dins del numerador com del denominador. Proporciona la base per implementar característiques de realització de pas baix, pas alt, osca d'una sola freqüència i rebuig de banda.
Y(z) = H(z)X(z) =( h(1)+h(2)z−1+⋯+h(n+1)z−n)X(z).
Per tant, aquesta és una visió general de l'actiu filtre passa banda, circuit, treball , tipus i aplicacions. Els filtres de pas de banda actius són components importants dins dels circuits electrònics per passar un determinat rang de freqüències de manera selectiva mentre n'atenuen d'altres. Aquests filtres ofereixen diversos avantatges com ara una alta precisió i guany. Els BPF actius s'utilitzen habitualment sistemes de comunicació així com aplicacions basades en el processament de senyals allà on es necessiten estabilitat i alta precisió, com en els receptors de ràdio. S'utilitzen en una varietat d'aplicacions, àudio, enginyeria biomèdica i comunicacions de ràdio. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un filtre de pas de banda passiu?