इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर (एलेक्ट्रॉनिक निस्यन्दक) विद्युत परिपथों के रूप में संकेत प्रसंस्करण फिल्टर का एक प्रकार है। इस लेख में वितरित-समझौते फिल्टर के विपरीत, एकमुश्त इलेक्ट्रॉनिक घटकों से युक्तफिल्टर शामिल हैं। यही कारण है कि, घटकों और इंटरकनेक्शन का उपयोग करके, विश्लेषण में, एक ही बिंदु पर मौजूद माना जा सकता है। ये घटक असततत पैकेज या एकीकृत सर्किट के हिस्से में हो सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर लागू संकेत से अवांछित आवृत्ति घटकों को हटाता है, वांछित को बढ़ाता है, या दोनों। वे हो सकते हैं:
 * निष्क्रिय या सक्रिय
 * रेखीय (एनालॉग) या अंकीय (डिजिटल)
 * उच्च पारक (हाई-पास), निम्न पारक (लो-पास), बैंड-पारक, बैंड-रोधक (स्टॉप), बैंड-स्टॉप फ़िल्टर या समस्त-पारक।
 * असतत-समय (नमूना) या निरंतर समय
 * रैखिक या गैर- रैखिक फ़िल्टर
 * अनंत आवेग प्रतिक्रिया (आईआईआर प्रकार) या परिमित आवेग प्रतिक्रिया (एफआईआर प्रकार)

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर के सबसे आम प्रकार रैखिक फिल्टर  हैं, उनके डिजाइन के अन्य पहलुओं की परवाह किए बिना। उनके योजन (डिजाइन) और विश्लेषण पर विवरण के लिए रैखिक फिल्टर पर लेख देखें।

इतिहास
इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर के सबसे पुराने रूप निष्क्रिय एनालॉग रैखिक फिल्टर  हैं, जो केवल प्रतिरोध और संधारित्र या प्रतिरोध और प्रेरक का उपयोग करके निर्मित हैं। इन्हें क्रमशः आर सी और आर एल सिंगल-पोल फिल्टर  के रूप में जाना जाता है। हालांकि, इन सरल फिल्टर  के बहुत सीमित उपयोग हैं। मल्टीपोल एलसी फिल्टर प्रतिक्रिया रूप, बैंडविड्थ और संक्रमण बैंड का अधिक नियंत्रण प्रदान करता है। इन फिल्टर में से पहली थी कॉन्स्टेंट के फिल्टर, जिसका आविष्कार 1910 में जॉर्ज कैम्पबेल ने किया था. कैम्पबेल का फिल्टर संचार रेखाओ (ट्रांसमिशन लाइनों) थ्योरी पर आधारित एक लैडर नेटवर्क था। ओटो जोबेल और अन्य द्वारा बेहतर फिल्टर के साथ, इन  फिल्टर  को छवि पैरामीटर फिल्टर  के रूप में जाना जाता है। दूसरे विश्व युद्ध के समय नेटवर्क संश्लेषण के क्षेत्र की स्थापना करने वाले विल्हेम कॉयर ने एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया। कॉअर के सिद्धांत ने कुछ निर्धारित आवृत्ति फ़ंक्शन का ठीक से पालन करने वाले  फिल्टर  को बनाने की अनुमति दी।

निष्क्रिय फिल्टर
रैखिक फिल्टर के निष्क्रिय कार्यान्वयन प्रतिरोधों (आर), इंडक्टर्स (एल) और कैपेसिटर (सी) के संयोजनों पर आधारित हैं। इन प्रकार को सामूहिक रूप से निष्क्रिय फिल्टर के रूप में जाना जाता है, क्योंकि वे एक बाहरी बिजली आपूर्ति पर निर्भर नहीं करते हैं और उनमें ट्रांजिस्टर जैसे सक्रिय घटक नहीं होते हैं।

इंडक्टर्स उच्च आवृत्ति संकेतों को अवरुद्ध करते हैं और कम आवृत्ति संकेतों का संचालन करते हैं, जबकि कैपेसिटर रिवर्स करते हैं। एक फिल्टर जिसमें संकेत एक इंडक्टर के माध्यम से गुजरता है, या जिसमें एक संधारित्र (कैपेसिटर) जमीन के लिए एक रास्ता प्रदान करता है, उच्च आवृत्ति संकेतों की तुलना में कम आवृत्ति संकेतों के लिए कम अटेंशन प्रस्तुत करता है और इसलिए एक लोपास फिल्टर है। यदि संकेत एक संधारित्र के माध्यम से गुजरता है, या एक इंडक्टर के माध्यम से जमीन के लिए एक रास्ता रखता है, तो फिल्टर कम आवृत्ति संकेतों की तुलना में उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए कम अभिवचन प्रस्तुत करता है और इसलिए एक उच्च पारक (हाई-पास) फिल्टर है। अपने आप में प्रतिरोधकों के पास कोई आवृत्ति-चयनशील गुण नहीं होते हैं, लेकिन सर्किट के समय-निर्माण का निर्धारण करने के लिए इंडक्टर्स और संधारित्रों में जोड़े जाते हैं, और इसलिए वे आवृत्तियां जिन पर यह प्रतिक्रिया देती हैं।

इंडक्टर्स और संधारित्र छलनी (कैपेसिटर फ़िल्टर) के प्रतिक्रियाशील तत्व हैं। तत्वों की संख्या फिल्टर के क्रम को निर्धारित करती है। इस संदर्भ में, बैंड-पारक या बैंड-रोधक (स्टॉप) फिल्टर में उपयोग किए जा रहे एक एलसी ट्यून सर्किट को एक एकल तत्व माना जाता है, भले ही इसमें दो घटक होते हैं।

उच्च आवृत्तियों (लगभग 100 मेगाहर्ट्ज से अधिक) पर, कभी-कभी इंडक्टर्स में एकल लूप या शीट धातु की पट्टियां होती हैं, और संधारित्र में धातु की आसन्न पट्टियां होती हैं। धातु के इन प्रेरक या संधारित्र टुकड़ों को स्टब कहा जाता है।

एकल तत्व प्रकार
यह

सबसे सरल निष्क्रिय फिल्टर, आर सी और आर एल फिल्टर,में केवल एक प्रतिक्रियाशील तत्व शामिल है, सिवाय हाइब्रिड एलसी फिल्टरजो एक तत्व में एकीकृत इंडक्शन और क्षमता (कैपेसिटी) द्वारा विशेषता है।

एल (L) फिल्टर
एक एल फिल्टर में दो प्रतिक्रियाशील तत्व होते हैं, एक श्रृंखला में और एक समानांतर में।

टी (T) और π फिल्टर
तीन-तत्व फिल्टर में एक 'टी' या  'टोपोलॉजी हो सकती है और या तो ज्यामिति में, एक कम-पास, उच्च पारक, बैंड-पारक या बैंड-रोधक (स्टॉप) विशेषता संभव है। घटकों को आवश्यक आवृत्ति विशेषताओं के आधार पर सममित या नहीं चुना जा सकता है। उदाहरण में उच्च पारक टी फिल्टर, उच्च आवृत्तियों पर बहुत कम प्रतिबाधा है, और कम आवृत्तियों पर बहुत उच्च प्रतिबाधा है। इसका मतलब है कि इसे एक संचार रेखाओ (ट्रांसमिशन लाइनों) में डाला जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च आवृत्तियों को पारित किया जा रहा है और कम आवृत्तियों को परिलक्षित किया जा रहा है। इसी तरह, सचित्र लो-पास फिल्टर के लिए, सर्किट को एक संचार रेखाओ (ट्रांसमिशन लाइनों) से जोड़ा जा सकता है, कम आवृत्तियों को संचारित कर सकता है और उच्च आवृत्तियों को प्रतिबिंबित कर सकता है। सही समाप्ति प्रतिबाधा के साथ  एम-व्युत्पन्न फ़िल्टर  अनुभागों का उपयोग करते हुए,निविष्ट (इनपुट) प्रतिबाधा पारक बैंड में यथोचित रूप से स्थिर हो सकता है। 

बहु-तत्व प्रकार (मल्टीपल-एलिमेंट टाइप्स)
बहु-तत्व छलनी (मल्टीपल-एलिमेंट फिल्टर) आमतौर पर एक सीढ़ी नेटवर्क के रूप में बनाए जाते हैं। इन्हें एल, टी और फिल्टर के योजना (डिजाइन) की निरंतरता के रूप में देखा जा सकता है। जब फिल्टर के कुछ पैरामीटर में सुधार की इच्छा हो तो अधिक तत्वों की आवश्यकता होती है जैसे कि रोधक (स्टॉप)-बैंड अस्वीकृति या पारक-बैंड से रोधक (स्टॉप)-बैंड में संक्रमण की ढलान।

सक्रिय फिल्टर
सक्रिय फिल्टर निष्क्रिय और सक्रिय (एम्पलीफाइंग) घटकों के संयोजन का उपयोग करके लागू किए जाते हैं, और एक बाहरी बिजली स्रोत की आवश्यकता होती है।ऑपरेशनल एम्पलीफायरों का उपयोग अक्सर सक्रिय फ़िल्टर योजना (डिजाइन) में किया जाता है।इनमें उच्च क्यू कारक हो सकता है, और इंडक्टरों के उपयोग के बिना प्रतिध्वनि प्राप्त कर सकते हैं।हालांकि, उनकी ऊपरी आवृत्ति सीमा एम्पलीफायरों के बैंडविड्थ द्वारा सीमित है।

अन्य फ़िल्टर प्रौद्योगिकियां
मिश्रित घटक इलेक्ट्रॉनिक्स के अलावा कई फिल्टर प्रौद्योगिकियां हैं। इनमें डिजिटल फिल्टर, क्रिस्टल फिल्टर, मैकेनिकल फिल्टर, सतह ध्वनिक तरंग (एसडब्ल्यूवाई) फिल्टर, पतली फिल्म बल्क ध्वनिक प्रतिजनक (टीएफबीएआर, एफबीए) आधारितफिल्टर, गार्नेट फिल्टर और परमाणु फिल्टर (परमाणु घड़ियों में इस्तेमाल) शामिल हैं

स्थानांतरण समारोह
स्थानांतरण समारोह $$H(s)$$ एक फिल्टर आउटपुट सिग्नल का अनुपात है $$Y(s)$$ इनपुट सिग्नल के लिए $$X(s)$$ जटिल आवृत्ति के एक समारोह के रूप में $$s$$:


 * $$H(s)=\frac{Y(s)}{X(s)}$$।

सभी लीनियर टाइम-इनवेरिएंट फिल्टर का संचार कार्य (ट्रांसफर फ़ंक्शन), जब एकमुश्त घटकों (जैसे कि संचार रेखाओ (ट्रांसमिशन लाइनों) जैसे वितरित घटकों के विपरीत) का निर्माण किया जाता है, तो डिसप्ले स्टाइल s}s में दो बहुपदों का अनुपात होगा। अक्षराकृति का एक तार्किक फलन। अन्तरण फलन का क्रम अवक्षेपण या अवक्षेपण की उच्चतम शक्ति होगा।

टोपोलॉजी द्वारा वर्गीकरण
इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर को लागू करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है। निष्क्रिय फ़िल्टर और सक्रिय फिल्टरतकनीक का उपयोग करने वाले फिल्टर को लागू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विशेष  इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर टोपोलॉजी  द्वारा आगे वर्गीकृत किया जा सकता है।

किसी भी फिल्टर संचार कार्य (ट्रांसफर फ़ंक्शन) को किसी भी इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर टोपोलॉजी में लागू किया जा सकता है।

कुछ सामान्य सर्किट टोपोलॉजी हैं:


 * काउर टोपोलॉजी - निष्क्रिय
 * सालेन-की (Key) टोपोलॉजी - सक्रिय
 * कई प्रतिक्रिया टोपोलॉजी - सक्रिय
 * राज्य चर टोपोलॉजी - सक्रिय
 * बाइकाड्रैटिक टोपोलॉजी - सक्रिय

डिजाइन पद्धति द्वारा वर्गीकरण
ऐतिहासिक रूप से, रैखिक एनालॉग फिल्टर योजना (डिजाइन) तीन प्रमुख दृष्टिकोणों के माध्यम से विकसित हुआ है। सबसे पुराने योजना (डिजाइन) सरल सर्किट हैं जहां मुख्य योजना (डिजाइन) मानदंड सर्किट का क्यू कारक था। यह एक ट्यूनिंग सर्किट की आवृत्ति चयनशीलता के माप के रूप में फिल्टरिंग के रेडियो रिसीवर अनुप्रयोग को प्रतिबिंबित करता है। 1920 के दशक से फिल्टरको छवि के दृष्टिकोण से योजना (डिजाइन) किया जाना शुरू किया गया था, ज्यादातर दूरसंचार की आवश्यकताओं द्वारा संचालित किया जा रहा था। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद प्रमुख पद्धति नेटवर्क संश्लेषण थी। उच्च गणित का उपयोग मूल रूप से बहुपद गुणांक मूल्यों के व्यापक टेबल प्रकाशित करने के लिए आवश्यक था लेकिन आधुनिक कंप्यूटर संसाधनों ने इसे अनावश्यक बना दिया है।

प्रत्यक्ष सर्किट विश्लेषण
कम क्रम छलनी (ऑर्डर फिल्टर) को सीधे बुनियादी सर्किट कानूनों जैसे कि किरचॉफ के सर्किट कानूनों को लागू करके योजना (डिजाइन) किया जा सकता है। संचार कार्य (ट्रांसफर फ़ंक्शन) प्राप्त करने के लिए किरचॉफ के कानून। इस तरह का विश्लेषण आमतौर पर केवल 1 या 2 के आदेश के सरल फिल्टर  के लिए किया जाता है।

छवि प्रतिबाधा विश्लेषण
यह दृष्टिकोण समान वर्गों की अनंत श्रृंखला में फिल्टर के अस्तित्व के दृष्टिकोण से फिल्टर वर्गों का विश्लेषण करता है। यह दृष्टिकोण की सरलता और उच्च आदेशों तक आसानी से पहुंचने की क्षमता के लाभ हैं। यह नुकसान है कि पूर्वानुमानित प्रतिक्रियाओं की सटीकता छवि प्रतिबाधा में फिल्टर समापक (टर्मिनेशन ) पर निर्भर करती है, जो आमतौर पर मामला नहीं है।

नेटवर्क संश्लेषण
नेटवर्क संश्लेषण दृष्टिकोण एक आवश्यक हस्तांतरण खण्ड के साथ शुरू होता है और फिर यह बताता है कि फिल्टर के इनपुट प्रतिबाधा के बहुपद समीकरण के रूप में। फिल्टर के वास्तविक तत्व मूल्य इस बहुपद के जारी-खण्ड या आंशिक-खण्ड विस्तार द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। छवि विधि के विपरीत, समापक (टर्मिनेशन) पर प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क की कोई आवश्यकता नहीं है क्योंकि टर्मिनेटिंग प्रतिरोध के प्रभावों को शुरू से विश्लेषण में शामिल किया गया है। [4]

यहाँ बटरवर्थ, चेबिशेव और इलिप्टिक फिल्टरकी तुलना करने वाली एक छवि है। इस उदाहरण में फिल्टर सभी पांचवें क्रम के लो-पास फिल्टर हैं। विशेष कार्यान्वयन - एनालॉग या डिजिटल, निष्क्रिय या सक्रिय - कोई अंतर नहीं करता है, उनका आउटपुट समान होगा।



जैसा कि छवि से स्पष्ट है, अण्डाकार फिल्टर अन्य सभी की तुलना में तेज हैं, लेकिन वे पूरे बैंडविड्थ पर तरंग दिखाते हैं।

यह भी देखें

 * एनालॉग फिल्टर
 * ऑडियो क्रॉसओवर
 * ऑडियो फ़िल्टर
 * कैस्केड इंटीग्रेटर-कॉम्ब फिल्टर
 * कंघी फ़िल्टर
 * डीएसएल फ़िल्टर
 * Nyquist फ़िल्टर
 * आरएफ और माइक्रोवेव फ़िल्टर
 * स्विच-कैपेसिटर फ़िल्टर
 * टोन नियंत्रण सर्किट
 * वोल्टेज-नियंत्रित फ़िल्टर

नोट्स और संदर्भ

 * निष्क्रिय फ़िल्टर प्रकारों और घटक मानों की सूची।व्यावहारिक इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर डिजाइन के लिए बाइबिल।

बाहरी संबंध

 * National Semiconductor AN-779 (TI SNOA224a) application note describing analog filter theory
 * Fundamentals of Electrical Engineering and Electronics – Detailed explanation of all types of filters
 * BAW filters (in French; PDF)
 * Some Interesting Filter Design Configurations & Transformations
 * Analog Filters for Data Conversion