有源滤波器和无源滤波器的区别及原理是什么
滤波器是一种能使有用信号顺利通过,而同时对无用频率信号进行抑制或衰减的电子装置,工程上常用它来做信号处理、数据传送和抑制干扰等,本文会详细介绍有源滤波器和无源滤波器的区别,首先来看看有源滤波器和无源滤波器的产品介绍。
一、有源滤波器
有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,之所以称为有源,顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波),其应用可克服LC无源滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点,传统的只能固定补偿,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功。
有源滤波自身就是谐波源,其依靠电力电子装置,在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等,相位相反的谐波向量,这样可以抵消掉系统谐波,使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外,同时还可以动态补偿无功功率,其优点是反映动作迅速,滤除谐波可达到95%以上,补偿无功细致,缺点为价格高,容量小。
有源滤波器工作原理是:用电流互感器采集直流线路上的电流,经A/D采样,将所得的电流信号进行谐波分离算法的处理,得到谐波参考信号,作为PWM的调制信号,与三角波相比,从而得到开关信号,用此开关信号去控制IGBT单相桥。
根据PWM技术的原理,将上下桥臂的开关信号反接,就可得到与线上谐波信号大小相等、方向相反的谐波电流,将线上的谐波电流抵消掉,这是前馈控制部分,再将有源滤波器接入点后的线上电流的谐波分量反馈回来,作为调节器的输入,调整前馈控制的误差。
二、无源滤波器
无源滤波器,又称LC滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路,单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
无源滤波器由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道,它广泛应用于无线通信、音频处理、图像处理等领域。无源滤波器的工作原理类似于电容电感滤波器,但是它只使用电容、电感和电阻这几种基本被动元件,不需要外部的能量或源,因此被称为无源滤波器。
无源滤波器主要是通过电容、电感和电阻等元器件组成的RC、RL和RCR等滤波器,通过选择不同的电容电感电阻组合和拓扑结构,可以实现许多不同的滤波功能,这些滤波器通常包括低通、高通、带通、带阻和全通等五种基本类型。
以低通滤波器为例,它可以有效地滤除高频信号,只允许低频信号通过,其原理是利用电容器的高阻抗特性和电感的低阻抗特性,从而实现对高频信号的滤波,当外部信号进入电路时,信号会先经过一个电容器,然后经过一个电感,最后到达输出端。
由于电容器对交流信号是高阻抗,电感对交流信号是低阻抗,高频信号被屏蔽在电容器处,只有低频信号可以通过电感进入输出端,实现对高频信号的滤波作用,如果在电容和电感之间加入一个电阻,就变成了低通RLC滤波器。
三、有源滤波器和无源滤波器的区别
有源滤波器和无源滤波器是两种不同的电路形式,在不同的应用场合中被广泛使用,它们的区别在于它们采用的元件不同,因此具有不同的电路性质和性能。
1、元器件不同
无源滤波器一般采用电阻、电感和电容等基本元器件组成,其输入和输出信号仍然是不同频率的电压和电流,而有源滤波器则在电容、电感和电阻等基本元器件的基础上加入了运算放大器等有源元器件,其输出信号变为电压信号,与输入信号有明显的差别。
2、增益不同
无源滤波器的电路中,电容电感等元件的作用是形成一个无衰减的延时线路,衰减只是通过电阻器实现的,因此其放大倍数有限,需要反馈电路(如T电路)才能使放大倍数大于1。而有源滤波器则在电容的基础上加入了运算放大器等有源元器件,其输出信号经过放大后,其增益可以远远大于1,具有更好的放大性能。
3、频率响应不同
无源滤波器的频率响应是不平坦的,因此往往需要通过级联不同阶数的电路来实现滤波,而有源滤波器则具有平坦的频率响应,可以通过调整放大倍数来实现不同的滤波特性。由于运算放大器具有高阻抗输入和低阻抗输出的特点,可以有效地避免由于负载引起的信号衰减,具有更高的通信质量。
4、功耗和体积不同
由于有源滤波器需要加入运算放大器等有源元器件,因此功耗比无源滤波器大得多,同时,由于需要加入运算放大器等元件,有源滤波器的体积也比无源滤波器大得多,但是由于有源滤波器具有更好的放大性能,和更平坦的频率响应,因此在一些高性能的应用场合中得到广泛应用。
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