Aktif Filtre Tasarımı Ders I Temel Bilgiler.

... konulu sunumlar: "Aktif Filtre Tasarımı Ders I Temel Bilgiler."— Sunum transkripti:

1 Aktif Filtre Tasarımı Ders I Temel Bilgiler

2 EEM332 AKTİF FİLTRE TASARIMI
Giriş (Temel Bilgiler) Alçak Geçiren Filtre Temelleri : Butterworth Alçak Geçiren Filtreler, Tschebysheff Alçak Geçiren Filtreler, Bessel Alçak Geçiren Filtreler, Kalite Faktörü (Q) Alçak Geçiren Filtre Tasarımı: Birinci Dereceden Alçak Geçiren Filtreler, İkinci Dereceden Alçak Geçiren Filtreler, SallenKey Topolojisi, Çoklu-Geribesleme Topolojisi, Yüksek Dereceden Alçak Geçiren Filtreler

3 EEM332 AKTİF FİLTRE TASARIMI
Yüksek Geçiren Filtre Tasarımı: Band Geçiren Filtre Tasarımı: Tüm Geçiren Filtre Tasarımı: Birinci Dereceden Tüm Geçiren Filtreler, İkinci Dereceden Tüm Geçiren Filtreler, Yüksek Dereceden Tüm Geçiren Filtreler Band Durduran Filtre Tasarımı: Aktif Twin-T Filtreler, Wien-Robson Filtreler

4 Kaynaklar S. Franco, “Design with operational amplifiers and analog integrated circuits”, McGraw-Hill, 2002. Op Amps For Everyone. Ron Mancini, Editor in Chief. Design. Reference. Advanced Analog Products, Texas Instruments, August 2002. A. Sedra, K. Smith, “Microelectronic Circuits”, Oxford Uni. Press. Application Note 779, A Basic Introduction to Filters - Active, Passive, and Switched Capacitor, Texas Instruments. Osilatörler ve Filtre Devreleri, Milli Eğitim Bakanlığı, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, 2012.

5 Filtre (Süzgeç) Kavramı
İnsan zihni aynı anda sadece bir noktaya konsantre olabilmektedir. Çevremizde ne kadar çok uyarıcı olsa da kişi sadece bir noktaya dikkatini verebilmektedir. Elektronik sistemlerde çevrede ne kadar çok sinyal veya giriş bilgisi olsa da sistemler sadece bir tanesiyle işlem yapacak şekilde düzenlenmiştir. Bu tek bir sinyali geçirme işlemine filtre (süzme) işlemi denilmektedir. Sadece sistemin çalışmasına uygun olan sinyalleri geçirmektedir. Bu istenmeyen sinyaller parazit, gürültü ve diğer sistem sinyalleri olabilir. Elektronik filtre farklı frekanslara sahip sinyallerden kimilerini geçirip kimilerini bastıran bir devredir. Osilatör ve Filtre Devreleri, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı.

6 Filtre (Süzgeç) Kavramı
Filtre devreleri, haberleşme sistemlerinin en önemli elemanlarından biri, belirli bir frekans bölgesinde istenilen bir zayıflama ya da geciktirme karakteristiğini sağlayan devrelerdir. Hemen hemen haberleşme sistemlerinin tümünde bulunan filtreler, belli bir frekans bandının geçmesine izin verirken bu bant dışında kalan frekansların ise zayıflatılmasını sağlar ve bu amaç için tasarlanır. Osilatör ve Filtre Devreleri, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı.

7 Filtrelerin Sınıflandırılması
Sinyallerin bu kadar çeşitli olduğu elektrik-elektronikte bu sinyallerin ayıklanması içinde değişik filtre çeşitleri mevcuttur. Filtrelerin sınıflandırılmasında değişik kıstaslar vardır. Bunlar: Yapım elemanlarına göre(pasif filtreler, aktif filtreler) Çalışma prensibine göre(alçak geçiren filtre, yüksek geçiren filtre, bant geçiren filtre, bant durduran filtre) Osilatör ve Filtre Devreleri, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı.

8 Filtrelerin Sınıflandırılması
Pasif devreler direnç, kondansatör ve indüktör (bobin) gibi temel devre elemanlarıyla oluşturulurlar. Aktif devreler ise çalışması için bir güç kaynağına gerek olan devrelerdir. Bu gibi devrelerde transistör ya da mikroişlemci gibi devre elemanları bulunur. Ama bu tür devrelerde de süzme işini yapan elemanlar pasif elemanlardır. Osilatör ve Filtre Devreleri, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı.

9 Filtrelerin Sınıflandırılması

10 Filtrelerin Sınıflandırılması
Belirlenen frekansın altındaki frekansları geçirip üstündekileri zayıflatıyorsa “alçak geçiren filtre”, üstündekileri geçirip altındaki frekansları zayıflatıyorsa “yüksek geçiren filtre” denir. Belirli bir frekans aralığındaki frekansları geçiriyorsa “bant geçiren filtre”, frekans aralığını zayıflatıyorsa “bant durduran filtre” adı verilir. Osilatör ve Filtre Devreleri, Elektrik-Elektronik Teknolojisi, Milli Eğitim Bakanlığı.

11 Filtrelerin Sınıflandırılması

12 Filtrelerin Sınıflandırılması

13 Filtrelerin Sınıflandırılması

14 Filtrelerin Sınıflandırılması

15 Filtrelerin Sınıflandırılması

16 Filtrelerin Sınıflandırılması

17

18 Aktif filtrelerin pasif filtrelere göre bazı avantaj ve dezavantajları
Aktif filtre tasarımında bobin (self) elemanı kullanılmaz. Bu nedenle tasarımı kolay ve ucuzdur. Aktif filtre devrelerinin çıkış empedansı çok düşük, giriş empedansı ise oldukça yüksektir. Bu nedenle, aktif filtrelerin girişlerine veya çıkışlarına bağlanacak devre veya devre elemanlarının etkilenmesi söz konusu değildir.

19 Aktif filtrelerin pasif filtrelere göre bazı avantaj ve dezavantajları
Aktif filtrelerde, filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflatma olmaz. Çünkü aktif filtre tasarımında kullanılan opamp, filtre edilen işaretleri yükselterek çıkışına aktarabilir. Pasif filtreler herhangi bir besleme gerilimine gereksinim duymazlar. Fakat aktif filtrelerin her zaman besleme gerilimine gereksinimleri vardır.

20 Aktif filtrelerin pasif filtrelere göre bazı avantaj ve dezavantajları
Aktif filtre tasarımında kullanılan opampların band genişlikleri sınırlı olduğundan her frekansta aktif filtre tasarlamak oldukça zordur. Aktif filtre devrelerinde tümdevre üretim teknolojisinden kaynaklanan sınırlamalar nedeniyle self (bobin) elemanı kullanılamaz.

21 Aktif filtrelerin pasif filtrelere göre bazı avantaj ve dezavantajları
Bu eleman yerine negatif empedans dönüştürücülerden yararlanılarak kondansatörden self elde edilebilir. Daha düşük maliyettedir. Aktif filtreler düşük frekanslı pasif filtreler için gerekli olan büyük indüktör ve kapasitörlere duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır.

22 İŞİTİLEBİLİR FREKANSLAR
İnsan kulağının işitebildiği frekanslar : 16 Hz – 16 kHz 20 Hz – 20 kHz Yaşlanma ile görülen işitme kaybı (işitme eşiği kayması) : 30 yaşında : 1-2 dB 65 yaşında : Hz frekans bantlarında dB 2-4 Hz frekans bantlarında dB SES BASINCI : ortam basıncının değişme miktarı GENLİK : basınç değişiminin en büyük değeri PERİYOT (T) : bir basınç değişim devri için geçen zaman FREKANS (f) : birim zamandaki basınç değişim devri sayısı

23 Desibel (dB) Ses seviyesini ölçmek için kullanılan birimdir.
Ancak, desibel (dB) i bir ses birimi olarak kullanabilmek için referans bir ses seviyesi seçmek gereklidir. Bu referans ses basınç seviyesi genelde 20 mPa olarak seçilir, ki bu da atmosfer basıncının 20 milyarda birine denk gelmektedir. Diğer bir anlamda, kaynaktan farklı frekanslarda yayılan sesin basınç seviyesinin 20 mPa oranı sesin o frekanstaki dB değerini verir, örneğin, 500 Hz frekansta 200 mPa ses basınç seviyesi, dB = 10 x log (200 mPa / 20 mPa) = 10 x log 10 = 10 x 1 = 10 dB olacaktır, yani dB üretilen sesin referans ses seviyesine logaritmik oranıdır.

24 Desibel (dB) DESİBEL (dB) : Bir oranı ya da göreli bir değeri gösterir ölçülecek büyüklüğün bilinen bir referans değerine oranının logaritmasının 10 katıdır. DÜZEY : Desibel (dB) ile ölçtüğümüz büyüklüklere denir. W0= referans büyüklük W= ölçülecek büyüklük

25 Pasif Filtreler (R, L, C Elemanları Seri ya da Paralel )
En basit filtreler bir direnç ve bir reaktif eleman kullanılarak yapılan tek kutuplu filtrelerdir. Özellikle RC filtreler gerek alçak geçiren ve gerekse yüksek geçiren filtre olarak yaygın olarak kullanılır. Kondansatörün yüksek frekansta kısa devre gibi alçak frekansta ise açık devre gibi davrandığı göz önüne alınırsa kondansatörün paralel ya da seri kolda yer almasının filtrenin özelliklerini ortaya koyduğu da görülür.

26 Pasif Filtreler (R, L, C Elemanları Seri ya da Paralel )
Şayet kondansatör paralel kolda ise yüksek frekanslı sinyaller topraklanır yani bastırılmış olur. Alçak frekanslı sinyaller ise kondansatörün varlığından etkilenmez. Bu alçak geçiren filtredir. (Paralel kondansatör)

27 Pasif Filtreler (R, L, C Elemanları Seri ya da Paralel )
Kondansatör seri kolda ise alçak frekanslı sinyaller açık devre olan kondansatörden geçemezken yüksek frekanslı sinyaller kısa devre olan kondansatörden geçer. Bu da yüksek geçiren filtredir. (Seri kondansatör)

28 Pasif Filtreler (R, L, C Elemanları Seri ya da Paralel )
Tek kutuplu filtreler düşük güçlü devrelerde çok yaygın olmakla birlikte, direnç üzerinde harcanan enerjinin sistem verimliliğini düşürmesi sebebiyle yüksek güçlü devrelerde kullanılmaz. Yüksek güçlü devrelerde direnç yerine indüktör tercih edilir. T tipi pasif yüksek geçiren filtre.

29 Pasif Filtreler (R, L, C Elemanları Seri ya da Paralel )
T tipi pasif yüksek geçiren filtre. П (Pi) tipi filtre (Pasif alçak geçiren filtre) Pasif Bant geçiren filtre

30 Pasif Alçak Geçiren Filtre

31 Pasif Yüksek Geçiren Filtre

32 Pasif Band-Geçiren ve Band Söndüren Filtreler

33 Kalite Faktörü (Q)