Aktiver vs. passiver Filter: Unterschied und Vergleich

Key Take Away

1. Aktive Filter verwenden aktive Komponenten wie Operationsverstärker, um den Frequenzgang zu formen, während passive Filter nur passive Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten verwenden.
2. Aktive Filter können Verstärkung bieten und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern, während passive Filter das Signal nur dämpfen können.
3. Aktive Filter benötigen für den Betrieb externe Stromquellen, während passive Filter keinen zusätzlichen Strom benötigen.

Was ist ein Aktivfilter?

Ein aktives Filter ist eine analoge Schaltung, die ein elektronisches Filter mit einer aktiven Komponente wie einem Verstärker implementiert. Das Hinzufügen von Verstärkern zu einem Filterdesign kann dessen Kosten, Leistung und Vorhersagbarkeit verbessern. In einem aktiven Filter verhindert ein Verstärker, dass die Lastimpedanz der nächsten Stufe die Filtereigenschaften beeinflusst.

Mit einem aktiven Filter werden komplexe Pole und Nullstellen erreicht, ohne sperrige oder teure Induktoren zu verwenden. In aktiven Filterschaltungen kann ein Parameter eingestellt werden, ohne die anderen zu beeinflussen, einschließlich der Antwortform und des Q (Qualitätsfaktor).

Die aktiven Filter sind elektronische Filter, die aus Operationsverstärkern und passiven Filtern bestehen, die Elemente wie Widerstände und Kondensatoren enthalten. Es gibt einige Einschränkungen bei der Verwendung aktiver Filter. Die endliche Bandbreite von Verstärkern wird in grundlegenden Filterentwurfsgleichungen nicht berücksichtigt.

Aufgrund ihrer begrenzten Bandbreite sind aktive Geräte bei hohen Frequenzen nicht praktikabel. Verstärker verbrauchen nicht nur Strom, sondern erzeugen auch Rauschen. Wenn es keinen DC-Pfad für den Bias-Strom gibt, um die Verstärkerelemente zu erreichen, sind bestimmte Schaltungstopologien möglicherweise nicht praktikabel. Die Verstärkerstufen begrenzen die Belastbarkeit.

Aktive Filter sind von unterschiedlicher Art, basierend auf den Frequenzbändern, die sie zulassen oder ablehnen.

• Aktiver Tiefpassfilter
• Aktiver Hochpassfilter
• Aktiver Bandpassfilter
• Aktiver Bandstoppfilter

Was ist ein Passivfilter?

Passive Filter bestehen aus Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen, die so abgestimmt sind, dass sie bei einer bestimmten Frequenz oder einem Frequenzbereich in Resonanz treten. Passive Filter werden in Stromversorgungssystemen verwendet, um Spannungsverzerrungen und Oberwellenströme zu reduzieren, die in sensiblen Bereichen des Systems auftreten.

Die passiven Filter funktionieren, indem sie verschiedene Impedanzwerte bei der Resonanzfrequenz anzeigen. Die gesperrte harmonische Frequenz ist hochohmig, wenn ein Filter in Reihe geschaltet wird.

Obwohl der Anschluss von Filtern in einer Reihenschaltung eine Option ist, sind Parallelschaltungen gängigere Formen. Eine solche Shunt-Konfiguration liefert Blindleistung, die den Leistungsfaktor verbessern und gleichzeitig harmonische Ströme zur Erde ableiten kann.

Daher ist die kapazitive Eigenschaft bei der Grundfrequenz die beabsichtigte Eigenschaft passiver Shunt-Filter. Passive Filter werden häufig verwendet, um Schaltkreisen mit Verstärkern, Oszillatoren und Stromversorgungsschaltkreisen die erforderlichen Frequenzen und Eigenschaften zu verleihen.

Es gibt verschiedene Arten von passiven Filtern, die unten angegeben sind.

1. Low Pass Filter
2. Hochpassfilter
3. Bandpassfilter
4. Bandstoppfilter

Unterschied zwischen aktivem und passivem Filter

Aktive und passive Filter sind Arten von elektronischen Filtern, die verwendet werden, um bestimmte Frequenzen aus Signalen zu filtern. Sowohl aktive als auch passive Filter unterscheiden sich in ihrem Aufbau und ihren Funktionen. Es gibt viele Unterschiede zwischen aktiven und passiven Filtern, aber der Hauptunterschied ist.

1. Das aktive Filter verwendet Transistoren und Operationsverstärker zur Frequenzfilterung. Im Gegensatz dazu verwenden passive Filter Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren zur Signalerzeugung.
2. Aktive Filter sind auf eine externe Stromversorgung angewiesen, während passive Filter keinen Strom benötigen; Sie arbeiten am Signaleingang.

Vergleich Zwischen aktivem und passivem Filter

Parameter	Aktiver Filter	Passiver Filter
Definition	Ein aktives Filter ist eine analoge Schaltung, die ein elektronisches Filter mit einer aktiven Komponente wie einem Verstärker implementiert.	Passive Filter bestehen aus Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen, die so abgestimmt sind, dass sie bei einer bestimmten Frequenz oder einem Frequenzbereich in Resonanz treten.
Wirkungsgrad	Der aktive Filter ist effizient und überträgt Frequenzen mit einer schärferen Rate.	Ein passives Filter ist weniger effizient und überträgt Frequenzen langsamer.
Komplexität	Aktive Filter sind komplexer.	Passive Filter sind einfacher und weniger komplex.
Sensitivität	Empfindlichere.	Weniger sensitiv.
Kosten	Aktive Filter sind kostenintensiv oder teuer.	Passive Filter sind kostengünstig und kostengünstiger.

Literaturhinweise

1. Elwakil, AS und Maundy, BJ, 2014. Aktive Einzeltransistorfilter: Was möglich ist und was nicht. IEEE-Transaktionen zu Schaltkreisen und Systemen I: Regelmäßige Artikel, 61(9), pp.2517-2524.
2. Busarello, TDC, Pomilio, JA und Simoes, MG, 2016. Passives Filter unterstützt durch Shunt-Kompensatoren basierend auf der konservativen Leistungstheorie. IEEE-Transaktionen zu Industrieanwendungen, 52(4), pp.3340-3347.