введение в активные фильтры второго порядка

Добавлено 19 декабря 2019 в 09:49

В данной статье мы сравним активные и пассивные фильтры и рассмотрим некоторые распространенные схемы активных фильтров второго порядка.

Активный или пассивный

Если ваш фильтр состоит только из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, это пассивный фильтр. Схема становится «активной», когда вы добавляете активный компонент, например, транзистор. Теоретически можно разработать схему активного фильтра на базе отдельного транзистора в сочетании с пассивными компонентами, но на практике в качестве активного компонента выбирается операционный усилитель. Операционные усилители обладают преимуществами в производительности по сравнению с дискретными транзисторами, а также упрощают процесс проектирования и анализа схемы фильтра. Поэтому, читая данную статью, имейте в виду, что для всех практических применений «активный фильтр» означает «активный фильтр на базе операционного усилителя».

Пассивный ≠ плохой

Важно понимать, что активные фильтры по своей природе не «лучше», чем пассивные фильтры. Наоборот, я предпочитаю пассивные фильтры и использую их по мере возможности. Вот некоторые преимущества старомодного подхода:

• Не нужно беспокоиться о неидеальных характеристиках операционного усилителя – напряжение смещения, ограничения полосы пропускания, шум…
• Разводка на макетной или реальной печатной плате проще и чище без подключения питания и земли, необходимых для операционного усилителя.
• Пассивные схемы более просты и, следовательно, менее подвержены ошибкам проектирования – например, сравните фильтр нижних частот резистор-индуктивность-конденсатор (RLC) (смотрите следующий раздел) с эквивалентной схемой Саллена-Ки (прокрутите вниз до раздела «Схема Саллена-Ки»).

Активные фильтры, безусловно, имеют свои преимущества. Наиболее заметное преимущество, которое применяется к фильтрам как первого, так и второго порядка, – это улучшенные характеристики импеданса. Операционные усилители обеспечивают высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, и, таким образом, активный фильтр на базе операционного усилителя может превзойти пассивную реализацию, когда входной сигнал поступает с источника с относительно высоким импедансом, или когда выходной сигнал должен подаваться на нагрузку с относительно низким импедансом.

Другим преимуществом является усиление: если сигнал должен быть не только отфильтрован, но и усилен, у вас действительно нет другого выбора, кроме как использовать активный фильтр – либо конкретную топологию активного фильтра, либо схему пассивного фильтра с усилителем.

Прежде чем мы продолжим, я должен отметить, что, безусловно, возможно создать активный фильтр второго порядка, который состоит из операционного усилителя и двух фильтров первого порядка. Два каскада фильтров соединяются последовательно, а операционный усилитель служит буфером между ними. Эти «включенные каскадно» фильтры неизбежно вызывают постепенный переход от полосы пропускания к полосе задерживания, что приводит к нелинейной фазовой характеристике и значительному ослаблению сигналов вблизи конца полосы пропускания. Обсуждаемые ниже две топологии второго порядка обычно предпочтительнее, поскольку они позволяют оптимизировать конкретную схему для более резкого перехода от полосы пропускания к полосе задерживания, минимального ослабления в полосе пропускания или линейной фазовой характеристики.

Гнусная индуктивность

Как указано в названии, данная статья фокусируется на активных фильтрах второго порядка, то есть фильтрах, которые имеют в своих передаточных функциях два полюса и, таким образом, достигают более крутого спада. Пассивным фильтрам для обеспечения характеристики второго порядка необходимы два элемента накопления энергии – конденсатор и индуктивность… И вот тут начинается беда. Вот RLC фильтр нижних частот второго порядка с формулами частоты среза (f_ср) и добротности (Q):

Рисунок 1 – RLC фильтр нижних частот второго порядка

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \qquad Q=\left(2\pi f_{ср}\right)\times CR\]

Этот приличный фильтр испорчен связью с катушкой индуктивности. Дело в том, что катушки индуктивности совершенно непопулярны, и вот почему:

• они громоздкие, а, как вы, наверное, заметили, производители электроники хотят сделать свои устройства меньше по размеру, а не больше;
• индуктивности не особенно совместимы с технологиями изготовления интегральных микросхем:
  • вы не можете получить большую индуктивность от катушки в микросхеме, что означает, что частота среза фильтра не может быть очень низкой;
  • катушки индуктивности в микросхемах по настоящему неидеальны; различные паразитные импедансы окружения микросхем являются более проблематичными, чем те, которые испытывают дискретные катушки индуктивности;
• катушки индуктивности генерируют больше электромагнитных помех (ЭМП), чем резисторы и конденсаторы, и они также более восприимчивы к ЭМП.

Явный конфликт между катушками индуктивности и тенденциями, которые доминируют в электронной промышленности – миниатюризация, монолитное изготовление, беспроводные функции – является основной мотивацией для поиска фильтров второго порядка, которые не требуют индуктивности.

Антониу и его имитация катушки индуктивности

Одним из способов избежать проблем, связанных с катушками индуктивности, является использование схемы, которая ведет себя как катушка индуктивности, но требует только резисторов, конденсаторов и операционных усилителей. Андреас Антониу изобрел следующую «схему имитации индуктивности»:

Рисунок 2 – Схема имитации катушки индуктивности Андреаса Антониу

\[\text{эквивалентная индуктивность}:\ L=\frac{R_1R_3R_4C_1}{R_2}\]

То, как профессор Антониу придумал это, мне понять не под силу. В любом случае я не буду останавливаться на этой схеме, поскольку топологии Саллена-Ки и множественной обратной связи (MFB, Multiple Feedback) представляют собой более простой и более прямой путь к реализации фильтра второго порядка. Однако следует помнить, что различные RLC фильтры могут быть реализованы без катушек индуктивности с помощью схемы имитации индуктивности.

Схема Саллена-Ки

Фильтр Саллена-Ки дает вам два полюса с помощью одного операционного усилителя и нескольких пассивных элементов. Ниже приводится реализация Саллена-Ки фильтра нижних частот с единичным усилением.

Рисунок 3 – Фильтр нижних частот с единичным усилением по схеме Саллена-Ки

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{R_1C_1R_2C_2}}\]

Часто бывает так, что нет необходимости усиливать какую-либо часть входного сигнала; фильтр предназначен для подавления нежелательных частот, и хорошо, если интересующие частоты просто проходят. Эти схемы с единичным усилением достаточно распространены, чтобы сделать схему Саллена-Ки очень популярным фильтром, несмотря на то, что топология множественной обратной связи выгодна, когда необходимо усиление значительно выше единицы.

Давайте подумаем о том, что происходит на низких частотах. C₁ и C₂ становятся разрывами в цепи, и резисторы теряют свою актуальность, поскольку ток, протекающий через положительный вход операционного усилителя, пренебрежимо мал. Таким образом, мы остались с повторителем напряжения. Это означает, что 1) фильтр Саллена-Ки не инвертирует сигнал и 2) коэффициент усиления будет почти равен единице независимо от значений номиналов компонентов. Как вы увидите в следующем разделе, коэффициент усиления схемы с множественной обратной связью определяется значениями номиналов компонентов даже при единичном усилении, и это объясняет, почему топология Саллена-Ки более предпочтительна для приложений с единичным усилением.

Множественная обратная связь (MFB)

На рисунке ниже показана схема активного фильтра нижних частот с множественной обратной связью (MFB, Multiple Feedback):

Рисунок 4 – Схема активного фильтра нижних частот с множественной обратной связью

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{R_2R_3C_1C_2}}\]

\[\text{коэффициент усиления по постоянному напряжению} =\ \frac{R_3}{R_1}\]

Если вы замените конденсаторы на разрывы в цепи и проигнорируете R2 (опять же, потому что входной ток незначителен), вы узнаете стандартную схему инвертирующего усилителя на ОУ:

Рисунок 5 – Стандартная схема инвертирующего усилителя на ОУ

Таким образом, схема с множественной обратной связью является инвертирующей топологией. Вы можете вспомнить, что инвертирующей версии повторителя напряжения нет; если вам нужна схема операционного усилителя с единичным усилением, вы должны использовать инвертирующий усилитель с R₁ = R₃. То же самое относится и к топологии с множественной обратной связью: для единичного усиления вы устанавливаете R₁ = R₃, что означает, что точность вашего коэффициента усиления зависит от точности номиналов ваших резисторов. Однако при увеличении усиления схема с множественной обратной связью на самом деле становится менее чувствительной к погрешностям номиналов компонентов, чем эквивалентная реализация Саллена-Ки, поэтому схема с множественной обратной связью обычно является лучшим выбором для фильтров с более высоким усилением.

Заключение

Мы рассмотрели довольно много вводной информации, касающейся того, почему мы используем активные фильтры второго порядка, и как мы создаем схемы второго порядка, используя один операционный усилитель в сочетании с конденсаторами и резисторами. Тем не менее, мы лишь поверхностно прошлись по этому обширному предмету. Следите за будущими статьями, в которых более подробно рассматриваются эти и связанные с ними темы.

Оригинал статьи:

• Robert Keim. Inductor Out, Op-Amp In: An Introduction to Second-Order Active Filters

Теги

Активный фильтрЗамена индуктивностиИндуктивностьКатушка индуктивностиМножественная обратная связьОбратная связьОУ (операционный усилитель)ФильтрФильтр второго порядкаФильтр на операционном усилителеФильтр Саллена-КиФильтрацияЧастота среза

Радиотехнические цепи и сигналы

Радиотехнические цепи и сигналы

Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2-е издание. — 446 с. Учебник предназначен для активного самостоятельного приобретения знаний в области теоретической радиотехники, содержит обширный методический аппарат, включающий перечень результатов, контрольные вопросы, задачи среднего и повышенного уровней сложности. Рассматриваются вопросы классического синтеза и задачи анализа переходных процессов в цепях, теория и техника цифровой обработки сигналов и метод помехоустойчивого радиоприема. Даны основы теории информации, описан метод вейвлет-анализа, завоевавший признание в последнее десятилетие. Для студентов вузов, обучающихся по радиотехническим специальностям. Будет полезен повышающим квалификацию в области теоретической радиотехники. Оглавление Предисловие ко второму изданию Введение 1. Радиотехнические сигналы 1.1. Классификация радиотехнических сигналов 1.2. Динамическое представление сигналов 1.3. Геометрические методы в теории сигналов 1.4. Теория ортогональных сигналов Результаты Глава 2. Спектральные представления сигналов 2.1. Периодические сигналы и ряды Фурье 2.2. Спектральный анализ непериодических сигналов. Преобразование Фурье 2.3. Основные свойства преобразования Фурье 2. 4. Спектральные плотности неинтегрируемых сигналов 2.5. Преобразование Лапласа Результаты Глава 3. Энергетические спектры сигналов. Принципы корреляционного анализа 3.1. Взаимная спектральная плотность сигналов. Энергетический спектр 3.2. Корреляционный анализ сигналов 3.3. Автокорреляционная функция дискретного сигнала 3.4. Взаимокорреляционная функция двух сигналов Результаты Глава 4. Модулированные сигналы 4.1. Сигналы с амплитудной модуляцией 4.2. Сигналы с угловой модуляцией 4.3. Сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией Результаты Глава 5. Сигналы с ограниченным спектром 5.1. Некоторые математические модели сигналов с ограниченным спектром 5.2. Теорема Котельникова 5.3. Узкополосные сигналы 5.4. Аналитический сигнал и преобразование Гильберта Результаты Глава 6. Основы теории случайных сигналов 6.1. Случайные величины и их характеристики 6.2. Статистические характеристики систем случайных величин 6. 3. Случайные процессы Результаты Глава 7. Корреляционная теория случайных процессов 7.1. Спектральные представления стационарных случайных процессов 7.2. Дифференцирование и интегрирование случайных процессов § 7.3. Узкополосные случайные процессы Результаты 2. Радиотехнические цепи, устройства и системы 8.1. Физические системы и их математические модели 8.2. Импульсные, переходные и частотные характеристики линейных стационарных систем 8.3. Линейные динамические системы 8.4. Спектральный метод 8.5. Операторный метод Результаты Глава 9. Воздействие детерминированных сигналов на частотно-избирательные системы 9.1. Некоторые модели частотно-избирательных цепей 9.2. Частотно-избирательные цепи при иирокополосных входных воздействиях 9.3. Частотно-избирательные цепи при узкополосных входных воздействиях Результаты Глава 10. Воздействие случайных сигналов на линейные стационарные цепи 10.1. Спектральный метод анализа воздействия случайных сигналов на линейные стационарные цепи 10. 2. Источники флуктуационных шумов в радиотехнических устройствах Результаты Глава 11. Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях 11.1. Безынерционные нелинейные преобразования 11.2. Спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при гармоническом внешнем воздействии 11.3. Нелинейные резонансные усилители и умножители частоты 11.4. Безынерционные нелинейные преобразования суммы нескольких гармонических сигналов 11.5. Получение модулированных радиосигналов 11.6. Амплитудное, фазовое и частотное детектирование 11.7. Воздействие стационарных случайных сигналов на безынерционные нелинейные цепи Результаты Глава 12. Преобразования сигналов в линейных параметрических цепях 12.1. Прохождение сигналов через резистивные параметрические цепи 12.2. Энергетические соотношения в параметрических реактивных элементах цепи 12.3. Принципы параметрического усиления 12.4. Воздействие гармонических сигналов на параметрические системы со случайными характеристиками Результаты Глава 13. Элементы теории синтеза линейных частотных фильтров 13.1. Частотные характеристики четырехполюсников 13.2. Фильтры нижних частот 13.3. Реализация фильтров Результаты Глава 14. Активные цепи с обратной связью и автоколебательные системы 14.1. Передаточная функция линейной системы с обратной связью 14.2. Устойчивость цепей с обратной связью 14.3. Активные RС-фильтры 14.4. Автогенераторы гармонических колебаний. Режим малого сигнала 14.5. Автогенераторы гармонических колебаний. Режим большого сигнала Результаты Глава 15. Дискретные сигналы. Принципы цифровой фильтрации 15.1. Модели дискретных сигналов 15.2. Дискретизация периодических сигналов 15.3. Теория z-преобразования 15.4. Цифровые фильтры 15.5. Реализация алгоритмов цифровой фильтрации 15.6. Синтез линейных цифровых фильтров Результаты Глава 16. Некоторые вопросы теории помехоустойчивости радиоприема 16.1. Выделение полезного сигнала с помощью линейного частотного фильтра 16. 2. Оптимальная линейная фильтрация сигналов известной формы 16.3. Реализация согласованных фильтров 16.4. Оптимальная фильтрация случайных сигналов 16.5. Сравнение помехоустойчивости радиосистем с амплитудной и частотной модуляцией Результаты Заключение Приложения 1. Функции Уолша и их некоторые свойства Список рекомендуемой литературы

Масляный фильтр Toyota

Часы работы:

Понедельник	7:00–20:00
вторник	7:00–20:00
Среда	7:00–20:00
Четверг	7:00–20:00
Пятница	7:00–20:00
Суббота	8:00–16:00
Воскресенье	Закрыто

• Шины
• Тормоза

---

• Замена масла
• Батареи

Вопросы? Звоните: +1-614-350-1863

---

Моторное масло необходимо фильтровать для удаления примесей и снижения износа важнейших компонентов двигателя.

Это помогает поддерживать правильную вязкость масла и продлевает срок службы вашей Toyota. Оригинальные масляные фильтры Toyota разработаны с учетом точных требований к скорости потока, качеству фильтра и объему масла вашей Toyota.

Закажите масляный фильтр Toyota у наших экспертов по запчастям Toyota в Toyota Direct, чтобы ваша Toyota оставалась Toyota. Нужно заменить масло и фильтр Тойота? Наши технические специалисты, прошедшие обучение в Toyota, прямо здесь, в Колумбусе, в Toyota Direct, могут выполнить заводское техническое обслуживание или заменить масло в вашей Toyota с использованием оригинальных масляных фильтров Toyota.

Заказ масляного фильтра

Специальные детали

Зачем использовать оригинальные масляные фильтры Toyota?

Как часто следует проверять фильтры?

Почему это важно?

Нужен новый масляный фильтр?

Закажите оригинальный масляный фильтр Toyota уже сегодня!

Заказ масляного фильтра

Добро пожаловать в Toyota Direct, вашего местного дилера Toyota, обслуживающего Колумбус, Колумбус, Нью-Олбани и Хиллиард.

В нашем дилерском центре вы найдете не только модели Toyota, обслуживающие большие районы Дублина и Пикерингтона, но и дружелюбный и любезный персонал, готовый помочь вам.

Мы здесь, чтобы помочь вам, независимо от того, что вы ищете, будь то визит в автосервис, помощь в выборе подходящей детали для вашей Toyota или тест-драйв нового или подержанного автомобиля.

Если вы мечтаете о новой Toyota, то мы вас поддержим. Проверьте наш выбор доступных моделей Toyota в удобное для вас время; когда у вас что-то выскочит, мы устроим вам небольшую прогулку (т.е. тест-драйв). Пение под радио, хотя и необязательно, но, безусловно, рекомендуется для получения полного впечатления.

Где нас найти

Выставочный зал

Тойота Директ

4248 Морзе Роуд
Колумбус, Огайо, 43230

ПродажиМобильные продажи +1-614-763-1545+1-614-763-1546

Услуга +1-614-350-1863

Части +1-614-362-3806

Проложить маршрут

Служба расписания

• Copyright © 2023 DealerOn | Карта сайта | Конфиденциальность | Кампании по отзывам и обслуживанию |&nbspЧасы | Тойота Директ | 4248 Morse Rd, Колумбус, Огайо, 43230 | Продажи: Мобильные продажи: +1-614-763-1545+1-614-763-1546 | Выбор рекламы

Управление использованными масляными фильтрами в автомастерской

Опубликовано 04. 05.2007 15:07 | Обновлено 29.12.2022, 11:17 | Идентификатор ответа 980

Может ли автомастерская выбрасывать использованные масляные фильтры в мусорный бак?

Агентство по охране окружающей среды штата Огайо рекомендует авторемонтным мастерским утилизировать фильтры и любое оставшееся в них отработанное масло. Если вы сливаете из фильтров все свободно вытекающее отработанное масло и они перерабатываются как металлолом, они не регулируются. С любым отработанным маслом, слитым из них, следует обращаться как с отработанным маслом.

 

Согласно правилу 3745-51-04(B)(13) Административного кодекса штата Огайо, использованные масляные фильтры с покрытием без покрытия, которые были слиты в горячем состоянии (в большинстве автомобилей используются масляные фильтры с покрытием без покрытия), не являются опасными отходами. . Это означает, что вы можете утилизировать их вместе с другим мусором, не оценивая их, чтобы определить, являются ли они опасными отходами.

 

Агентство по охране окружающей среды штата Огайо считает, что использованный масляный фильтр подлежит сливу в горячем состоянии, если он нагревается до нормальной рабочей температуры двигателя непосредственно перед снятием для слива. Это означает, что независимо от того, какой вариант горячего слива используется (см. методы ниже), вы должны снять фильтр с прогретого двигателя и немедленно его слить. Можно использовать три метода горячего дренажа.

 

      Слив под действием силы тяжести:   Когда фильтр снят с двигателя, его следует поместить стороной с прокладкой вниз в дренажный поддон. Если фильтр оснащен противодренажным клапаном, куполообразный конец фильтра необходимо проткнуть отверткой или подобным приспособлением, чтобы масло могло свободно течь. Дайте фильтру стечь не менее 12 часов.

 

      Дробление:   Измельчение фильтра с помощью механического, пневматического или гидравлического устройства для выдавливания отработанного масла/топлива и уплотнения оставшихся фильтрующих материалов.

 

      Разборка:   Разделите фильтр на отдельные части с помощью механического устройства. Это позволяет сливать большую часть отработанного масла/топлива из фильтра, а металлические, резиновые и бумажные части фильтра перерабатывать отдельно.

 

Большинство автомобильных масляных фильтров не покрыты терном, в то время как промышленные фильтры и фильтры других типов могут быть покрыты терном. Важно знать, являются ли фильтры, которыми вы управляете, покрытыми терном или нет. Использованные масляные фильтры с покрытием Terne изготовлены из смеси свинца и олова, что может привести к тому, что фильтры превысят установленные характерные уровни опасных отходов для свинца (5,0 мг/л). Прежде чем выбрасывать использованные масляные фильтры с покрытием Terne в мусорный контейнер, вы должны оценить их, чтобы определить, являются ли они опасными отходами. Если вы не знаете, какой у вас фильтр, обратитесь к производителю. Совет производителей фильтров (FMC) хранит информацию о фильтрах.

 

Вместо того, чтобы выбрасывать использованные масляные фильтры в мусорное ведро, у вас есть несколько альтернативных вариантов управления. Если вы раздавите осушенные фильтры (измельченные фильтры считаются переработанным металлоломом) и отправите их за пределы площадки для переработки в качестве металлолома, они не будут считаться отходами и не подпадают под действие правил об опасных отходах. У вас также есть возможность обращаться с неосушенными фильтрами как с отработанным маслом. В Огайо есть несколько переработчиков отработанного масла, которые примут ваши неслитые фильтры, даже если они смешаны с отработанным маслом. Если вы отправляете свои неиспользованные масляные фильтры такому переработчику, вы должны обращаться с ними в соответствии с требованиями к отработанному маслу.

 

Если вы не осушали фильтры в горячем состоянии и/или они были покрыты терном, вы должны должным образом оценить и задокументировать, что фильтры неопасны.

 

Если вы не оцените эти неосушенные фильтры, вы нарушите правило 3745-52-11 Административного кодекса штата Огайо (OAC) за неспособность должным образом оценить ваши отходы.