Andamento dell ampiezza (Risposta in ampiezza) o della fase (Risposta in fase) del segnale in output al variare delle frequenze delle armoniche

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1 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT 4. FITI FITO Dispositivo elettrico che modiica lo spettro di un segnale. Tipicamente è realizzato per lasciar passare i segnali in un intervallo deinito di requenze (banda passante) ed eliminare quelli a requenze esterne (banda oscura). PMETI TIPII ISPOST IN FEQUENZ ndamento dell ampiezza (isposta in ampiezza) o della ase (isposta in ase) del segnale in output al variare delle requenze delle armoniche FEQUENZ DI TGIO Valore limite di requenza ove termina la banda passante e inizia la banda oscura PSS BSSO PSS TO PSS BND EIMIN BND PSS TUTTO ISPOST IN MPIEZZ IDEE DEE PINIPI TIPOOGIE DI FITO TIPOOGIE PINIPI In base al comportamento possiamo classiicare un iltro come: PSS BSSO (P): ascia passare le requenze ineriori a una speciicata PSS TO (HP): ascia passare le requenze superiori a una speciica PSS BND (BP): ascia passare le requenze interne a un intervallo [ 1, 2] EIMIN BND: ascia passare le requenze esterne a un intervallo [ 1, 2] PSS TUTTO: ascia passare tutte le requenze, modiicando la ase delle armoniche 4.1

2 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT OMPONENTI UTIIZZTI Tutti i componenti e dispositivi elettronici ungono idealmente da iltro, poiché hanno sui segnali sinusoidali () un comportamento variabile in requenza. Nella pratica, i iltri propriamente detti sono costruiti utilizzando: INDUTTOI () Bloccano i segnali ad alta requenza, comportandosi da iltri passa-basso. ONDENSTOI () Bloccano i segnali a bassa requenza, comportandosi da iltri passa-alto. MPIFITOI OPEZIONI (MPOP) mpliicano il segnale e ne migliorano la risposta in requenza. Funzionano però solo a basse requenze, ungendoda iltri passa-basso. SSIFIZIONE STUTTUE Distinguiamo tra: FITI PSSIVI uscita non è ampliicata e può al massimo eguagliare il valore dell entrata. Utilizzano componenti passivi e non sono alimentati. FITI TTIVI uscita è ampliicata e può assumere valori maggiori dell entrata. Utilizzano componenti attivi e necessitano di alimentazione. In analogia alla classiicazione dei Sistemi, un iltro può essere: DE PIMO ODINE (O POO SINGOO) Utilizza un solo componente reattivo (ondensatore o Induttore ). Presenta una Funzione di Traserimento F(s) con denominatore di primo grado. a risposta in requenza si discosta molto dal modello ideale; il passaggio tra banda passante e banda oscura è continuo e graduale (bassa selettività). on un solo polo, inoltre, è possibile realizzare solo iltri passa basso o passa alto. DE SEONDO ODINE (O BIPOE) Utilizza due componenti reattivi indipendenti (, ). Presenta una F(s) con denominatore di secondo grado. a risposta in requenza mostra un passaggio più diretto tra banda oscura e passante, ma ancora lontano dal modello ideale. DI ODINE n (O MUTIPOE) Utilizza n componenti reattivi indipendenti. Presenta una F(s) con denominatore di grado n. on opportune combinazioni di n elementi reattivi, all aumentare di n, ottiene prestazioni vicine al modello ideale in alcuni parametri e una buona selettività. 4.2

3 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT OMPOTMENTO IDEE BP BO Idealmente un iltro deve ornire: Una risposta in ampiezza uniorme e lineare su tutta la banda passante Un raccordo brusco con la banda oscura PSS BSSO IDEE OMPOTMENTO EE BP BT BO Nel reale il graico della risposta in ampiezza si divide in tre zone: BP: Banda passante Il segnale passa, come previsto idealmente BT: Banda di transizione Il segnale è attenuato ma non eliminato BO: Banda oscura Il segnale è eliminato In BP e BO può esserci ripple (comportamento oscillatorio) PSS BSSO EE 4.3

4 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITI PSSIVI Sono realizzati come quadripoli a componenti, ovvero contenenti: ESISTOI (): ontrollano la propagazione temporale dei segnali INDUTTOI (): Bloccano i segnali ad alta requenza ONDENSTOI (): Bloccano i segnali a bassa requenza QUDIPOO OMPONENTI FITI PSSIVI DE PIMO ODINE FITO PSS BSSO MODEO MTEMTIO: 1 F(s) = con τ= FITO PSS TO MODEO MTEMTIO: s F(s) = τ con τ= FITI PSSIVI DE PIMO ODINE FITO PSS BSSO MODEO MTEMTIO: 1 F(s) = con τ= FITO PSS TO MODEO MTEMTIO: s F(s) = τ con τ= 4.4

5 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITI PSSIVI DE SEONDO ODINE Sono detti anche iltri risonanti. Sruttano il enomeno della risonanza presente nei circuiti contenenti induttori e condensatori. FITO PSS BSSO PEEDE FITO PSS BSSO PEEDE FITO PSS TO PEEDE FITO PSS TO PEEDE FITO PSS BND FITO EIMIN BND 4.5

6 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITI PSSIVI DI ODINE n ombinando assieme iltri passivi di ordine 2 si realizzano iltri multipolari con caratteristiche più vicine a quelle ideali. Sono utilizzate allo scopo due conigurazioni: Struttura a π Struttura a T FITO PSS BSSO DI ODINE n ONFIGUZIONE π ONFIGUZIONE T FITO PSS TO DI ODINE n ONFIGUZIONE π ONFIGUZIONE T 4.6

7 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT MODEI MTEMTII PE FITI MUTIPOI FITO BUTTEWOTH ealizza la risposta più piatta in banda passante. BP BT BO Vantaggi: isposta piatta in BP Svantaggi: accordo graduale tra BP e BT ndamento della ase non proporzionale alla requenza: distorsione nel segnale FITO HEBYSHEV ealizza il raccordo più brusco tra banda passante e banda di transizione. BP BT BO Vantaggi: accordo brusco tra BP e BT Svantaggi: ipple in BP ndamento della ase non proporzionale alla requenza: distorsione nel segnale FITO BESSE ealizza il miglior andamento della ase con la requenza in banda passante, rendendo più piatto possibile il ritardo di gruppo. BP BT BO ritardo di gruppo Vantaggi: isposta in ase omogenea: bassa distorsione, ritardo di gruppo quasi lineare Svantaggi: accordo molto graduale tra BP e BT 4.7

8 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITI TTIVI Sono realizzati come quadripoli contenenti elementi e ampliicatori operazionali. onsentono il iltraggio e l ampliicazione del segnale in input (guadagno maggiore di 0). IUITI GITOI ircuiti che simulano il unzionamento di un induttore utilizzando solo condensatori e ampliicatori operazionali. Presentano numerosi vantaggi rispetto agli induttori standard: Minor ingombro e costo Maggior resistenza a intererenze elettromagnetiche Ottimo comportamento alle basse requenze Per questi motivi, nella realizzazione di iltri attivi in bassa requenza gli induttori sono usualmente implementati con giratori. GITOE 2 NI NI GITOE GITOE 4.8

9 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITO SEN-KEY Filtro attivo basato sulla combinazione di condensatori e buer (mp.op. con retroazione a guadagno unitario). FITO SEN-KEY PSS-TO 2 POI FITO SEN-KEY PSS-TO 4 POI FITOSEN-KEY PSS-BSSO 2 POI 4.9

10 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITO VVS Variante del iltro Sallen-Key in cui il buer è sostituito da un mp.op invertente a guadagno non unitario. FITO VVS PSS-BSSO FITO VVS PSS-TO FITO VVS PSS-BND 4.10

11 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT FITO TTIVO UNIVESE STTI VIBII ircuito che realizza simultaneamente 3 tipologie di iltraggio sul segnale in input: P: Passa-Basso HP: Passa-lto BP: Passa-Banda Presenta tre diverse uscite (P, HP, BP): una per ogni tipo di iltro implementato. FITO UNIVESE IN: ENTT SEGNE P: USIT PSS-BSSO HP: USIT PSS-TO BP: USIT PSS-BND 4.11

12 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT DIMENSIONMENTO DI FITI PSSIVI FITI PSSIVI DE PIMO ODINE FITO PSS BSSO MODEO MTEMTIO: 1 F(s) = con τ= FITO PSS TO MODEO MTEMTIO: s F(s) = τ con τ= FOMUE PUSZIONE DI TGIO ω c 1 1 ωc = = τ [rad/s] FEQUENZ DI TGIO c ω 1 c = = 2π 2π [Hz] SUGGEIMENTI PE I DIMENSIONMENTO PSS-BSSO PSS-TO ordine: da nf (10-9 F) a μf (10-6 F) 4.12

13 4 evisione: 28/05/2012 ppunti di EETTONI ITI Elettronica - lasse QUINT DIMENSIONMENTO DI FITI PSSIVI FITI PSSIVI DE PIMO ODINE FITO PSS BSSO MODEO MTEMTIO: 1 F(s) = con τ= FITO PSS TO MODEO MTEMTIO: s F(s) = τ con τ= FOMUE PUSZIONE DI TGIO ω c 1 ωc = = τ [rad/s] FEQUENZ DI TGIO c ω c = = 2π 2π [Hz] SUGGEIMENTI PE I DIMENSIONMENTO PSS-BSSO PSS-TO ordine: da nf (10-9 F) a μf (10-6 F) 4.13