इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर इलेक्ट्रिकल सर्किट के रूप में सिग्नल प्रोसेसिंग फ़िल्टर का एक प्रकार है। इस लेख में उन फिल्टर को शामिल किया गया है जिसमें लंप-एलिमेंट मॉडल शामिल हैं। डिस्ट्रिक्टेड-एलिमेंट फिल्टर के विपरीत, गांठ वाले इलेक्ट्रॉनिक घटक। अर्थात्, घटकों और परस्पर संबंधों का उपयोग करते हुए, विश्लेषण में, एक बिंदु पर मौजूद माना जा सकता है। ये घटक असतत पैकेज या एक एकीकृत सर्किट के हिस्से में हो सकते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर लागू सिग्नल से अवांछित आवृत्ति घटकों को हटा देते हैं, वांछित लोगों को बढ़ाते हैं, या दोनों। वे जा सकते हैं:


 * निष्क्रिय या सक्रिय
 * एनालॉग या डिजिटल
 * हाई-पास फ़िल्टर | हाई-पास, लो-पास फ़िल्टर | कम-पास, बैंड-पास फ़िल्टर | बैंड-पास, बैंड-स्टॉप फ़िल्टर  | बैंड-स्टॉप (बैंड-रिजेक्शन; नॉट), या ऑल-पास फ़िल्टर | सभी उत्तीर्ण।
 * असतत-समय (नमूना) या निरंतर समय
 * रैखिक या गैर- रैखिक फ़िल्टर  | गैर-रैखिक
 * अनंत आवेग प्रतिक्रिया (IIR प्रकार) या परिमित आवेग प्रतिक्रिया (एफआईआर प्रकार)

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

इतिहास
इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर के सबसे पुराने रूप निष्क्रिय एनालॉग रैखिक फिल्टर हैं, जो केवल प्रतिरोधकों और कैपेसिटर या प्रतिरोधों और इंडक्टरों का उपयोग करके निर्मित होते हैं।इन्हें क्रमशः आरसी और आरएल सिंगल-पोल फिल्टर के रूप में जाना जाता है।हालांकि, इन सरल फिल्टर के बहुत सीमित उपयोग हैं।मल्टीपोल एलसी फिल्टर प्रतिक्रिया फॉर्म, बैंडविड्थ और संक्रमण बैंड का अधिक नियंत्रण प्रदान करते हैं।इन फिल्टर में से पहला 1910 में जॉर्ज कैंपबेल द्वारा आविष्कार किया गया निरंतर K फ़िल्टर था। कैंपबेल का फ़िल्टर ट्रांसमिशन लाइन सिद्धांत पर आधारित एक सीढ़ी नेटवर्क था।ओटो ज़ोबेल और अन्य द्वारा बेहतर फिल्टर के साथ, इन फ़िल्टर को छवि पैरामीटर फिल्टर के रूप में जाना जाता है।विल्हेम कॉयर द्वारा एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया गया, जिन्होंने द्वितीय विश्व युद्ध के समय के आसपास नेटवर्क संश्लेषण के क्षेत्र की स्थापना की।Cauer के सिद्धांत ने फिल्टर का निर्माण करने की अनुमति दी, जो कि कुछ निर्धारित आवृत्ति फ़ंक्शन का सटीक रूप से पालन किया गया था।

निष्क्रिय फिल्टर
रैखिक फिल्टर के निष्क्रिय कार्यान्वयन प्रतिरोधों (आर), इंडक्टर्स (एल) और कैपेसिटर (सी) के संयोजनों पर आधारित हैं। इन प्रकारों को सामूहिक रूप से निष्क्रिय फिल्टर के रूप में जाना जाता है, क्योंकि वे बाहरी बिजली की आपूर्ति पर निर्भर नहीं करते हैं और उनके पास 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 सिग्नल एक प्रारंभ करनेवाला से गुजरता है, या जिसमें एक संधारित्र जमीन को एक मार्ग प्रदान करता है, उच्च आवृत्ति संकेतों की तुलना में कम आवृत्ति संकेतों के लिए कम क्षीणन प्रस्तुत करता है और इसलिए एक कम-पास फिल्टर है। यदि सिग्नल एक संधारित्र से होकर गुजरता है, या एक प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से जमीन के लिए एक मार्ग होता है, तो फ़िल्टर कम आवृत्ति संकेतों की तुलना में उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए कम क्षीणन प्रस्तुत करता है और इसलिए एक उच्च-पास फिल्टर है। अपने स्वयं के प्रतिरोधों के पास कोई आवृत्ति-चयनात्मक गुण नहीं हैं, लेकिन सर्किट के समय-निरंतरियों को निर्धारित करने के लिए इंडक्टर्स और कैपेसिटर में जोड़े जाते हैं, और इसलिए जिन आवृत्तियों के लिए यह प्रतिक्रिया करता है।

इंडक्टर्स और कैपेसिटर फ़िल्टर के प्रतिक्रियाशील तत्व हैं। तत्वों की संख्या फ़िल्टर के क्रम को निर्धारित करती है। इस संदर्भ में, बैंड-पास या बैंड-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 पर (लगभग 100 मेगाहर्ट्ज़ से ऊपर), कभी -कभी इंडक्टर्स में सिंगल लूप या शीट मेटल के स्ट्रिप्स होते हैं, और कैपेसिटर धातु के आसन्न स्ट्रिप्स से मिलकर बनते हैं। धातु के इन आगमनात्मक या कैपेसिटिव टुकड़ों को स्टब्स कहा जाता है।

एकल तत्व प्रकार
यह

सबसे सरल पैसिव फिल्टर, आरसी और आरएल फिल्टर, हाइब्रिड एलसी फिल्टर को छोड़कर केवल एक प्रतिक्रियाशील तत्व शामिल हैं, जो एक तत्व में एकीकृत इंडक्शन और कैपेसिटेंस द्वारा विशेषता है।

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

टी और π फिल्टर
तीन-तत्व फिल्टर में एक 'टी' या '' 'टोपोलॉजी हो सकती है और या तो ज्यामिति में, एक कम-पास, उच्च-पास, बैंड-पास या बैंड-स्टॉप विशेषता संभव है।आवश्यक आवृत्ति विशेषताओं के आधार पर घटकों को सममित या नहीं चुना जा सकता है।चित्रण में उच्च-पास टी फ़िल्टर, उच्च आवृत्तियों पर बहुत कम प्रतिबाधा है, और कम आवृत्तियों पर बहुत अधिक प्रतिबाधा है।इसका मतलब है कि इसे एक ट्रांसमिशन लाइन में डाला जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च आवृत्तियों को पारित किया जाता है और कम आवृत्तियों को प्रतिबिंबित किया जाता है।इसी तरह, सचित्र कम-पास π फ़िल्टर के लिए, सर्किट को एक ट्रांसमिशन लाइन से जोड़ा जा सकता है, कम आवृत्तियों को संचारित किया जा सकता है और उच्च आवृत्तियों को प्रतिबिंबित किया जा सकता है।सही समाप्ति प्रतिबाधा के साथ एम-व्युत्पन्न फ़िल्टर  अनुभागों का उपयोग करते हुए, इनपुट प्रतिबाधा पास बैंड में यथोचित रूप से स्थिर हो सकता है।

मल्टीपल-एलिमेंट टाइप्स
मल्टीपल-एलिमेंट फिल्टर आमतौर पर सीढ़ी नेटवर्क के रूप में निर्मित होते हैं।इन्हें फ़िल्टर के एल, टी और। डिजाइनों की निरंतरता के रूप में देखा जा सकता है।अधिक तत्वों की आवश्यकता होती है जब फ़िल्टर के कुछ पैरामीटर को बेहतर बनाने के लिए वांछित होता है जैसे कि स्टॉप-बैंड अस्वीकृति या पास-बैंड से स्टॉप-बैंड तक संक्रमण का 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  डिज़ाइन 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
गांठ वाले घटक इलेक्ट्रॉनिक्स के अलावा कई फ़िल्टर प्रौद्योगिकियां हैं।इनमें डिजिटल फिल्टर, क्रिस्टल फिल्टर, मैकेनिकल फिल्टर, सर्फेस एकॉस्टिक वेव (SAW) फिल्टर, पतली-फिल्म थोक एकॉस्टिक रेज़ोनेटर (TFBAR, FBAR) आधारित फ़िल्टर, गार्नेट फिल्टर और परमाणु फिल्टर (परमाणु घड़ियों में उपयोग किए जाने वाले) शामिल हैं।

स्थानांतरण समारोह

 * आगे के विश्लेषण के लिए फ़िल्टर (सिग्नल प्रोसेसिंग) भी देखें

स्थानांतरण समारोह $$H(s)$$ एक फ़िल्टर 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 रैखिक समय-अपरिवर्तनीय फिल्टर का स्थानांतरण फ़ंक्शन, जब एकमुश्त-तत्व मॉडल का निर्माण किया जाता है। एक गांठ वाले घटक (जैसा कि वितरित-तत्व मॉडल के विपरीत। ट्रांसमिशन लाइनों जैसे वितरित घटक), दो बहुपदों का अनुपात होगा। $$s$$, यानी का एक तर्कसंगत कार्य $$\ s$$।ट्रांसफर फ़ंक्शन का क्रम उच्चतम शक्ति होगी $$\ s$$ या तो अंश या भाजक में सामना किया।

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 फ़िल्टर तकनीक का उपयोग करने वाले फ़िल्टर को लागू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विशेष  इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर टोपोलॉजी  द्वारा आगे वर्गीकृत किया जा सकता है।

किसी भी फ़िल्टर ट्रांसफर फ़ंक्शन को किसी भी इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर टोपोलॉजी में लागू किया जा सकता है।

कुछ सामान्य सर्किट टोपोलॉजी हैं:


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

डिजाइन पद्धति द्वारा वर्गीकरण
ऐतिहासिक रूप से, रैखिक एनालॉग फिल्टर डिजाइन तीन प्रमुख दृष्टिकोणों के माध्यम से विकसित हुआ है।सबसे पुराने डिजाइन सरल सर्किट हैं जहां मुख्य डिजाइन मानदंड सर्किट का क्यू कारक था।यह फ़िल्टरिंग के रेडियो रिसीवर अनुप्रयोग को प्रतिबिंबित करता है क्योंकि क्यू एक ट्यूनिंग सर्किट की आवृत्ति चयनात्मकता का एक उपाय था।1920 के दशक से फिल्टर छवि के दृष्टिकोण से डिज़ाइन किए जाने लगे, ज्यादातर दूरसंचार की आवश्यकताओं से संचालित होते हैं।द्वितीय विश्व युद्ध के बाद प्रमुख कार्यप्रणाली नेटवर्क संश्लेषण थी।उच्च गणित का उपयोग मूल रूप से प्रकाशित होने के लिए बहुपद गुणांक मूल्यों की व्यापक तालिकाओं की आवश्यकता है, लेकिन आधुनिक कंप्यूटर संसाधनों ने उस अनावश्यक बना दिया है।

प्रत्यक्ष सर्किट विश्लेषण
कम ऑर्डर फ़िल्टर को सीधे बुनियादी सर्किट कानूनों जैसे कि किरचॉफ के सर्किट कानूनों को लागू करके डिज़ाइन किया जा सकता है। 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 फिल्टर के दृष्टिकोण से फ़िल्टर वर्गों का विश्लेषण करता है, जो समान वर्गों की अनंत श्रृंखला में होने के कारण होता है।इसमें दृष्टिकोण की सादगी और उच्च आदेशों तक आसानी से विस्तार करने की क्षमता के फायदे हैं।यह नुकसान है कि अनुमानित प्रतिक्रियाओं की सटीकता छवि प्रतिबाधा में फ़िल्टर समाप्ति पर निर्भर करती है, जो आमतौर पर ऐसा नहीं होता है।

नेटवर्क संश्लेषण


नेटवर्क संश्लेषण दृष्टिकोण एक आवश्यक हस्तांतरण फ़ंक्शन के साथ शुरू होता है और फिर फ़िल्टर के इनपुट प्रतिबाधा के बहुपद समीकरण के रूप में व्यक्त करता है।फ़िल्टर के वास्तविक तत्व मान इस बहुपद के निरंतर-अंश या आंशिक-अंश विस्तार द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।छवि विधि के विपरीत, समाप्ति पर प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क की कोई आवश्यकता नहीं है क्योंकि समाप्ति प्रतिरोधों के प्रभावों को शुरू से विश्लेषण में शामिल किया गया है।

यहाँ एक छवि है जिसमें बटरवर्थ, चेबीशेव और अण्डाकार फिल्टर की तुलना की गई है।इस चित्रण में फिल्टर सभी पांचवें क्रम के कम-पास फिल्टर हैं।विशेष कार्यान्वयन एनालॉग या डिजिटल, निष्क्रिय या सक्रिय - कोई फर्क नहीं पड़ता;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