این مقاله با نام فیلتر های active مطرح شده است اما لازم است که خواننده با فیلترها بطور کلی آشنا شود و پس از آن اصول طراحی فیلترهای active طرح شود .
اصولا فیلترها در مدارات الکترونیک به منظور کنترل عبور سیگنالهای با فرکانس و یا طیف مشخص استفاده می شوند بنابر این یک فیلتر باید بتواند به سیگنالهای با بسامد (فرکانس) معین اجازه عبور بدهد یا اینکه راه آنرا سد کند و اجازه عبور ندهد. به فرکانسی که فیلتر برای کنترل آن ساخته شده فرکانس قطع گفته می شود. یک فیلتر ایده آل فیلتریست که در فرکانس قطع عمل کرده و عمل سد کردن یا عبوردادن فرکانسهای حول فرکانس قطع را بطور کامل حذف کند. اما در عمل اینطور نیست و در دنیای واقعی فیلترها به این صورت عمل نمیکنند و مقداری خطا در عملکرد آنها دیده می شود. البته این خطا را می توان با طراحی بهتر به حداقل رساند ولی بطور کلی نمی توان فیلتری داشت که در فرکانس قطع به دقت عمل کرده و کامل باشد. اما وضعیت خیلی هم بد نیست و با همین خطا در اکثر کاربردها می توان با محاسباتی به نسبت ساده فیلتری خوب و قابل قبول بدست آورد.
این موضوع دقت بحث دیگری را مطرح می کند و آن شیب عکس العمل فیلتر نسبت به فرکانس عبوری می باشد. همانطور که در شکل نشان داده شده است.
یک فیلتر ایده آل تا فرکانس قطع سیگنال را براحتی عبور می دهد اما در فرکانس قطع بطور کامل جلوی عبور آنرا می گیرد و یکباره خروجی فیلتر قطع میشود . در رسم شکل بالا واکنش فیلتر بصورت یک مستطیل نشان داده شده است که از نقطه فرکانس 0 بطور کاملا یکنواخت دامنه سیکنال ادامه دارد و در فرکانس قطع خروجی فیلتر بطور آنی و در کمترین زمان ممکن به حد اقل رسیده است. اما در شکل پایین واکنش یک فیلتر واقعی رسم شده که در آن شیب افت دامنه سیگنال ملایم است و این زاویه شیب نسبت به فرکانس بستگی به این دارد که فیلتر تا چه حد دقیق طراحی شده باشد و این دقت نیز تا یک جایی امکان دارد و بیشتر از آن میسر نیست. البته در بعضی تجهیزات الکترونیکی که باید در حد بالایی از کارایی و دقت از فیلتر ها بهره گرفت مانند سیستمهای مخابراتی و یا سیستمهای صوتی پیشرفته مهندسین طراح از قواعد و فرمولهای پیچیده ای برای بدست آوردن بهترین نتیجه استفاده می کنند. ولی در دستگاه های معمولی می توان با کمی حوصله و دقت و با فرمولهایی که در بخشهای بعدی این مقاله در مورد آنها خواهیم نوشت به نتایج رضایت بخشی دست یافت.
فیلترها به چهار دسته کلی تقسیم می شوند.
1- فیلتر پایین گذر : که به فرکانسهای پایین تر از فرکانس قطع اجازه عبور می دهد وفرکانسهای بالاتر را تضعیف می کند . فرکانس عبوری هر چه از این محدوده بالاتر برود فیلتر آنرا بیشتر تضعیف می کند.
2- فیلتر بالا گذر: این نوع به فرکانسهای بالاتر از فرکانس قطع اجازه عبور می دهد و فرکانسهای پایین تر را تضعیف می کند و هر چه فرکانس پایین تر باشد بیشتر ضعیف می شود.
3- فیلتر میان گذر: این نوع به فرکانسهای حول فرکانس اصلی خود اجازه عبور می دهد. و فرکاسهای پایین تر یا بالا تر را سد می کند.
4- فیلتر میان نگذر: در این نوع ,فرکانسهای نزدیک به فرکانس قطع سد می شوند و فرکانسهای بالاتر و پایین تر از آن می توانند از فیلتر عبور کنند.
اصولا برای ساخت فیلترها در مدارات الکترونیک از خازن یا سلف (در فیلتر های نوع 1 و 2) و یا هر دو (در فیلترهای نوع 3 و4) استفاده می شود. به فیلترهای که بوسیله این عناصر ساخته می شوند فیلترهای غیر فعال یا passive گفته می شود. این بخاطر استفاده از قطعات غیر فعال در ساختمان این نوع فیلتر انتخاب شده است. نا گفته نماند که در این ترکیب معمولا از مقاومتها نیز استفاده میشود و به چنین مدارهایی , مدار RLC در جایی که مقاومت در ترکیب با سلف و خازن بکار رفته و مدار RC در جایی که خازن و مقاومت استفاده شده گفته می شود.
فیلترهای غیر فعال برای کار نیاز به تغذیه مجزا ندارند. اما استفاده این فیلترها در فرکانسهای پایین مانند فرکانسهای صوتی بدلایل مختلف از قبیل هزینه بالا می توان گفت درست نیست . در فرکانسهای پایین ساخت فیلتر با کیفیت مطلوب به این دلیل که اصولا نیاز به سیم پیچهای بزرگ و گرانقیمت است امکان پذیر نیست. از طرفی خازنهای بزرگ نیز علاوه بر فضای زیاد هزینه بیشتری را به طراح تحمیل می کنند. لذا برای انجام این کار و بدست آوردن نتیجه مورد قبول از فیلترهای فعال یا active استفاده می شود.
در یک روش ساخت فیلترهای فعال از تقویت کننده های عملیاتی (OP AMP)استفاده می شود ما در این مقاله پس از بررسی اصول طراحی فیلترهای ساده یا غیر فعال به فیلترهای active می پردازیم.
همانطور که قبلا گفتیم فیلترهایی که بوسیله عناصر غیر فعال خازن و سلف ساخته می شوند بطور معمول در فرکانسهای بالا عملی تر از فرکانسهای پایین هستند. در فرکانسهای بالا مقادیر خازن و سیم پیچ مورد استفاده به اندازه کافی کوچک است و میتوان بسادگی با صرف کمی وقت به نتایج خوب و قابل قبولی دست یافت. در اینجا ما سعی می کنیم انواع آرایشهای مورد استفاده در طراحی فیلترها را تا حد ممکن توضیح دهیم اما در این مورد مطالب نسبتا زیادی وجود دارد که همه آنها را نمی توان درچنین مقاله ای بطور کامل توضیح داد.
