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有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別及原理是什么

作者:Aigtek 閱讀數(shù):0 發(fā)布時(shí)間:2023-07-28 20:17:40

  濾波器是一種能使有用信號順利通過,而同時(shí)對無用頻率信號進(jìn)行抑制或衰減的電子裝置,工程上常用它來做信號處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等,本文會詳細(xì)介紹有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別,首先來看看有源濾波器和無源濾波器的產(chǎn)品介紹。

  一、有源濾波器

  有源濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置,它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償,之所以稱為有源,顧名思義該裝置需要提供電源(用以補(bǔ)償主電路的諧波),其應(yīng)用可克服LC無源濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn),傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償,而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。

有源濾波器工作原理圖

  有源濾波自身就是諧波源,其依靠電力電子裝置,在檢測到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等,相位相反的諧波向量,這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波,使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外,同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率,其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速,濾除諧波可達(dá)到95%以上,補(bǔ)償無功細(xì)致,缺點(diǎn)為價(jià)格高,容量小。

  有源濾波器工作原理是:用電流互感器采集直流線路上的電流,經(jīng)A/D采樣,將所得的電流信號進(jìn)行諧波分離算法的處理,得到諧波參考信號,作為PWM的調(diào)制信號,與三角波相比,從而得到開關(guān)信號,用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋。

  根據(jù)PWM技術(shù)的原理,將上下橋臂的開關(guān)信號反接,就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流,將線上的諧波電流抵消掉,這是前饋控制部分,再將有源濾波器接入點(diǎn)后的線上電流的諧波分量反饋回來,作為調(diào)節(jié)器的輸入,調(diào)整前饋控制的誤差。

  二、無源濾波器

  無源濾波器,又稱LC濾波器,是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路,可濾除某一次或多次諧波,最普通易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián),可對主要次諧波(3、5、7)構(gòu)成低阻抗旁路,單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無源濾波器。

無源濾波器工作原理圖

  無源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成,將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗,對相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流,其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道,它廣泛應(yīng)用于無線通信、音頻處理、圖像處理等領(lǐng)域。無源濾波器的工作原理類似于電容電感濾波器,但是它只使用電容、電感和電阻這幾種基本被動(dòng)元件,不需要外部的能量或源,因此被稱為無源濾波器。

  無源濾波器主要是通過電容、電感和電阻等元器件組成的RC、RL和RCR等濾波器,通過選擇不同的電容電感電阻組合和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)許多不同的濾波功能,這些濾波器通常包括低通、高通、帶通、帶阻和全通等五種基本類型。

  以低通濾波器為例,它可以有效地濾除高頻信號,只允許低頻信號通過,其原理是利用電容器的高阻抗特性和電感的低阻抗特性,從而實(shí)現(xiàn)對高頻信號的濾波,當(dāng)外部信號進(jìn)入電路時(shí),信號會先經(jīng)過一個(gè)電容器,然后經(jīng)過一個(gè)電感,最后到達(dá)輸出端。

  由于電容器對交流信號是高阻抗,電感對交流信號是低阻抗,高頻信號被屏蔽在電容器處,只有低頻信號可以通過電感進(jìn)入輸出端,實(shí)現(xiàn)對高頻信號的濾波作用,如果在電容和電感之間加入一個(gè)電阻,就變成了低通RLC濾波器。

  三、有源濾波器和無源濾波器的區(qū)別

  有源濾波器和無源濾波器是兩種不同的電路形式,在不同的應(yīng)用場合中被廣泛使用,它們的區(qū)別在于它們采用的元件不同,因此具有不同的電路性質(zhì)和性能。

  1、元器件不同

  無源濾波器一般采用電阻、電感和電容等基本元器件組成,其輸入和輸出信號仍然是不同頻率的電壓和電流,而有源濾波器則在電容、電感和電阻等基本元器件的基礎(chǔ)上加入了運(yùn)算放大器等有源元器件,其輸出信號變?yōu)殡妷盒盘枺c輸入信號有明顯的差別。

  2、增益不同

  無源濾波器的電路中,電容電感等元件的作用是形成一個(gè)無衰減的延時(shí)線路,衰減只是通過電阻器實(shí)現(xiàn)的,因此其放大倍數(shù)有限,需要反饋電路(如T電路)才能使放大倍數(shù)大于1。而有源濾波器則在電容的基礎(chǔ)上加入了運(yùn)算放大器等有源元器件,其輸出信號經(jīng)過放大后,其增益可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,具有更好的放大性能。

  3、頻率響應(yīng)不同

  無源濾波器的頻率響應(yīng)是不平坦的,因此往往需要通過級聯(lián)不同階數(shù)的電路來實(shí)現(xiàn)濾波,而有源濾波器則具有平坦的頻率響應(yīng),可以通過調(diào)整放大倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同的濾波特性。由于運(yùn)算放大器具有高阻抗輸入和低阻抗輸出的特點(diǎn),可以有效地避免由于負(fù)載引起的信號衰減,具有更高的通信質(zhì)量。

  4、功耗和體積不同

  由于有源濾波器需要加入運(yùn)算放大器等有源元器件,因此功耗比無源濾波器大得多,同時(shí),由于需要加入運(yùn)算放大器等元件,有源濾波器的體積也比無源濾波器大得多,但是由于有源濾波器具有更好的放大性能,和更平坦的頻率響應(yīng),因此在一些高性能的應(yīng)用場合中得到廣泛應(yīng)用。


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