Filtro aktibo

Iragazki aktiboa iragazki elektroniko bat ezartzen duen zirkuitu analogiko mota bat da, osagai aktiboak erabiltzen dituena, normalean anplifikadore bat. Iragazkien diseinu batean sartutako anplifikadoreak iragazki baten kostua, errendimendua eta aurreikusgarritasuna hobetzeko erabil daitezke.
Anplifikadoreak hurrengo etapako karga-inpedantziak iragazkiaren ezaugarriei eragitea saihestu egiten du. Iragazki aktiboak polo eta zero konplexuak izan ditzake induktore handi edo garestirik erabili gabe. Erantzunaren forma, Q (kalitate-faktorea) eta sintonizatutako maiztasuna erresistentzia aldakor merkeen bidez ezar daitezke askotan. Iragazki aktiboen zirkuitu batzuetan, parametro bat doitu daiteke besteei eragin gabe.

 Motak 
Elementu aktiboak erabiltzeak muga batzuk ditu. Iragazkiak diseinatzeko oinarrizko ekuazioek ez dute kontuan hartzen anplifikadoreen banda-zabalera finitua. Eskura dauden gailu aktiboek banda-zabalera mugatua dutenez, askotan ez dira praktikoak maiztasun altuetan. Anplifikadoreek potentzia kontsumitzen dute eta zarata sartzen dute sisteman. Zirkuitu-topologia batzuk bideraezinak izan daitezke anplifikadore-elementuen polarizazio-korronterako DC biderik ematen ez bada. Potentzia kudeatzeko gaitasuna anplifikadore-etapek mugatzen dute.

Iragazki aktiboen zirkuitu-konfigurazioen (iragazki elektronikoen topologien) artean hauek daude:

●    Sallen-Key eta VCVS iragazkiak (osagaien tolerantziarekiko sentikortasun txikia).

●    Egoera-aldagaiko iragazkiak (state variable) eta iragazki bikoadratikoak edo biquad-ak.

●    Anplifikadore bikoitzeko banda-paseko iragazkia (DABP).

●    Wien arteka-iragazkia (Wien notch).

●    Atzeraelikadura anitzeko iragazkiak.

●    Fliege (2 OPAMPetarako osagai kopuru txikiena duena, baina maiztasunaren eta motaren gaineko kontrol onarekin).

●    Akerberg Mossberg (irabaziaren, maiztasunaren eta motaren gaineko kontrol osoa eta independentea eskaintzen duten topologietako bat).

Iragazki aktiboek iragazki pasiboen transferentzia-funtzio berberak inplementa ditzakete. Transferentzia-funtzio ohikoenak hauek dira:

●    Goi-paseko iragazkia: ebaketa-puntuen azpitik dauden maiztasunak ahultzen ditu.

●    Behe-paseko iragazkia: ebaketa-puntuetatik gorako maiztasunak ahultzen ditu.

●    Banda-paseko iragazkia: igarotzen uzten dituenen gaineko zein azpiko maiztasunak ahultzen ditu.

●    Banda-ezabatzeko iragazkia (edo Notch / arteka-iragazkia): maiztasun jakin batzuk ahultzen ditu, eta gainerako guztiei pasatzen uzten die.

Konbinazioak egin daitezke, hala nola arteka eta goi-pasea (burrunba-iragazkietan; horietan, burrunba gogaikarri gehiena maiztasun jakin batetik dator). Beste adibide bat iragazki eliptikoa da.

 Iragazki aktiboen diseinua 
Iragazkiak diseinatzeko, hainbat zehaztapen finkatu behar dira; besteak beste:

●    Nahi den maiztasun-tartea (banda-pasa) eta maiztasun-erantzunaren forma. Horrek iragazki mota (ikus goian) eta erdiko maiztasunak edo ebaketa-maiztasunak zehazten ditu.

●    Sarrerako eta irteerako inpedantzia-baldintzak. Horiek zirkuitu-topologia erabilgarriak mugatzen dituzte; adibidez, iragazki aktiboen topologia gehienek (baina ez guztiek) irteera bufferatua (inpedantzia baxukoa) eskaintzen dute. Hala ere, kontuan izan behar da anplifikadore operazionalen barne-irteerako inpedantzia nabarmen handitu daitekeela maiztasun altuetan, eta horrek espero den ahultzea murriztu dezake. Kontuz ibili behar da, goi-paseko iragazki-topologia batzuek sarrera ia zirkuitulabur bihurtzen baitute maiztasun altuetan.

●    Elementu aktiboen barruti dinamikoa. Anplifikadoreak ez luke asetu behar (ezta elikadura-errailetara iritsi ere) espero diren sarrera-seinaleekin; era berean, ez da erabili behar anplitude baxuegietan, horietan zarata nagusitzen baita.

●    Nahi ez diren seinaleak zein neurritan ahuldu (edo baztertu) behar diren.

○    Banda estuko banda-paseko iragazkien kasuan, Q faktoreak zehazten du -3 dB-ko banda-zabalera, baita erdiko maiztasunetik urrun dauden maiztasunen ahuktze-maila ere. Bi baldintza horiek kontraesanean badaude, baliteke sintonizazio mailakatuko (staggered-tuning) banda-paseko iragazki bat behar izatea.

○    Arteka-iragazkien (edo notch iragazkien) kasuan, arteka-maiztasunean nahi ez diren seinaleak zein neurritan ahuldu behar diren, horrek zehazten du osagaien doitasuna. Q faktorea, aldiz, artekaren zorroztasunak zehazten du (hau da, artekaren inguruko banda-zabalerak, ahultzea txikitu aurretik).

○    Goi-paseko eta behe-paseko iragazkien kasuan (baita erdiko maiztasunetik urrun dauden banda-pasekoenean ere), eskatutako baztertze-mailak zehaztu dezake beharrezko ahultze-malda, eta, ondorioz, iragazkiaren "ordena". Bigarren ordenako polo hutseko (all-pole) iragazki batek zortziduneko 12 dB inguruko (40 dB/hamarkada) azken malda ematen du; baina ebaketa-maiztasunetik gertu malda askoz txikiagoa da, eta hori dela eta, batzuetan iragazkiari arteka (notch) bat gehitu behar zaio.

●  Goi-paseko eta behe-paseko iragazkien banda-pasan onartzen diren "ondulazioak" (ripple), ebaketa-maiztasunetik gertu dagoen erantzun-kurbaren formarekin batera, ahultze-erlazioa edo ahultze-faktorea (= 1/(2Q)) zehazten du. Horrek fase-erantzunean ere eragina du, baita uhin karratuko sarrera batekiko denbora-erantzunean ere.

Hainbat erantzun-forma garrantzitsuk (ahultze-erlazioek) izen ezagunak dituzte:

●    Chebyshev iragazkia: tontorra edo ondulazioa du banda-pasan, ebaketa-maiztasunaren aurretik (Q > 0,7071 da 2. ordenako iragazkietan).

●    Butterworth iragazkia: anplitude-erantzun ahalik eta lauena du (Q = 0,7071 da 2. ordenako iragazkietan).

●    Legendre–Papoulis iragazkia: banda-pasako lautasun pixka bat galtzen du (nahiz eta monotoniakoa izaten jarraitzen duen), erorketa edo malda handiagoa lortzearen truke.

●    Linkwitz–Riley iragazkia: audio-gurutzaketako aplikazioetarako propietate desiragarriak ditu; igoera-denborarik azkarrena du, gainditzerik (overshoot) gabe. Q = 0,5 (kritikoki ahuldua).

●    Paynter edo Thompson-Butterworth (edo "konpromiso") iragazkia: Bessel baino erorketa azkarragoa du; Q = 0,639 da 2. ordenako iragazkietan.

●    Bessel iragazkia: talde-atzerapen ahalik eta lauena du (maximally flat group delay); Q = 0,577 da 2. ordenako iragazkietan. Fase-erantzun lineal ona ematen du.

●    Iragazki eliptikoa edo Cauer iragazkia: arteka (edo "zero") bat gehitzen du banda-pasatik kanpo; horri esker, eskualde horretan malda askoz handiagoa lortzen da artekaren gabeko ordenaren eta ahultze-faktorearen konbinazioarekin baino. Irteera iragazki idealaren antzekoa da (hau da, erantzun laua du bai banda-pasan bai ezabatze-bandan).

 Iragazki pasiboekin konparatzea 
Iragazki aktiboak irabazia izan dezake, eta horrek seinalearen potentzia handitzen du sarrerakoarekin alderatuta. Iragazki pasiboek seinalearen energia xahutzen dute, eta ezin dute potentzia-irabazi garbirik izan. Maiztasun-tarte batzuetan (adibidez, audio-maiztasunetan eta beheragokoetan), iragazki aktiboak transferentzia-funtzio jakin bat lor dezake induktorerik gabe; hori abantaila da, induktoreak handiak eta garestiak baitira erresistentziekin eta kondentsadoreekin alderatuta. Txip batean integratutako iragazkietan abantaila hori txikiagoa izan daiteke, kondentsadoreen balio txikiek erresistentzia handiak eskatzen dituztelako, eta horiek leku asko hartzen dute. Iragazki aktiboek isolamendu ona dute etapen artean, eta sarrerako inpedantzia handia eta irteerako inpedantzia baxua eskain ditzakete; horri esker, haien ezaugarriak ez daude iturriaren eta kargaren inpedantzien mende. Etapa anitz kaskadan jar daitezke ezaugarriak hobetzeko. Aldiz, iragazki pasiboetan, etapa bakoitzak aurrekoari eragiten dion karga (maiztasunaren araberakoa) kontuan hartu behar da. Iragazki aktiboak errazago sintoniza daitezke tarte zabal batean. Induktorerik ez dagoenez, oso trinkoak izan daitezke eta ez dute eremu magnetikorik sortzen edo jasaten. 

Iragazki aktiboekin alderatuta, iragazki pasiboek ez dute elikatze-iturri gehigarririk behar. Iragazki aktiboen gailu anplifikadoreek irabazi eta errendimendu aurreikusgarria eman behar dute prozesatu beharreko maiztasun-tarte osoan; anplifikadorearen irabazi eta banda-zabaleraren biderkadurak mugatuko du erabil daitekeen maiztasun maximoa.

 Errreferentziak