इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर



 इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर  विद्युत सर्किट के रूप में  सिग्नल प्रोसेसिंग फ़िल्टर  का एक प्रकार है। इस लेख में    से मिलकर  इलेक्ट्रॉनिक घटक शामिल हैं, जिसमें   डिस्ट्रिब्यूटेड-एलिमेंट फिल्टर  एस के विपरीत है। अर्थात्, घटकों और परस्पर संबंधों का उपयोग करते हुए, विश्लेषण में, एक बिंदु पर मौजूद माना जा सकता है। ये घटक असतत पैकेज या   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 हो सकते है:


 * पैसिव या    एक्टिव
 * एनालॉग या    डिजिटल
 * हाई-पास,   लो-पास ,    बैंड-पास ,    बैंड-स्टॉप  (बैंड-रीजन; नॉट; ), या    ऑल-पास ।
 * असतत-समय (नमूना) या    निरंतर समय
 * रैखिक या    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, जिनका निर्माण केवल  प्रतिरोधों  और   संधारित्र  एस या प्रतिरोधों और   प्रारंभ करनेवाला  एस का उपयोग करके किया जाता है। 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  एस का अधिक नियंत्रण प्रदान करते हैं। इन फिल्टर में से पहला   कॉन्स्टेंट के फिल्टर  था, जिसका आविष्कार    जॉर्ज कैंपबेल  ने 1910 में किया था। कैंपबेल का फ़िल्टर   ट्रांसमिशन लाइन  सिद्धांत पर आधारित एक सीढ़ी नेटवर्क था।   ओटो ज़ोबेल  और अन्य द्वारा बेहतर फिल्टर के साथ, इन फिल्टर को   छवि पैरामीटर फ़िल्टर  एस के रूप में जाना जाता है।   Wilhelm Cauer  द्वारा एक बड़ा कदम आगे लिया गया, जिन्होंने   विश्व युद्ध II  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  रोकनेवाला  एस (आर),   प्रारंभ करनेवाला  एस (एल) और   संधारित्र  एस (सी) के संयोजन 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 उनमें   ट्रांजिस्टर  एस जैसे सक्रिय घटक नहीं होते हैं।

इंडक्टर्स उच्च-आवृत्ति संकेतों को अवरुद्ध करते हैं और कम-आवृत्ति संकेतों का संचालन करते हैं, जबकि  कैपेसिटर  एस रिवर्स करते हैं। एक फ़िल्टर जिसमें सिग्नल   प्रारंभ करनेवाला  से होकर गुजरता है, या जिसमें एक संधारित्र जमीन के लिए एक मार्ग प्रदान करता है, उच्च-आवृत्ति संकेतों की तुलना में कम-आवृत्ति संकेतों के लिए   क्षीणन  को कम प्रस्तुत करता है और इसलिए    कम-पास फिल्टर 'है  । यदि सिग्नल एक संधारित्र से होकर गुजरता है, या एक प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से जमीन का रास्ता होता है, तो फ़िल्टर कम-आवृत्ति संकेतों की तुलना में उच्च-आवृत्ति संकेतों के लिए कम क्षीणन प्रस्तुत करता है और इसलिए    उच्च-पास फ़िल्टर   है।   रोकनेवाला  एस अपने आप में कोई आवृत्ति-चयनात्मक गुण नहीं हैं, लेकिन सर्किट के  समय-आने वाले  को निर्धारित करने के लिए इंडक्टर्स और कैपेसिटर में जोड़े जाते हैं, और इसलिए जिन आवृत्तियों पर यह प्रतिक्रिया करता है।

इंडक्टर्स और कैपेसिटर   रिएक्टिव  एलिमेंट्स ऑफ फिल्टर हैं। तत्वों की संख्या फ़िल्टर के क्रम को निर्धारित करती है। इस संदर्भ में, एक    एलसी ट्यून्ड सर्किट  एक बैंड-पास या बैंड-स्टॉप फिल्टर में उपयोग किया जा रहा है, एक एकल तत्व माना जाता है, भले ही इसमें दो घटक हों।

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
द्वारा महसूस किए गए | एक कम-पास इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर को फंसाया गया

सबसे सरल निष्क्रिय फिल्टर,   आरसी  और    आरएल  फिल्टर, केवल एक प्रतिक्रियाशील तत्व शामिल हैं,    हाइब्रिड एलसी फिल्टर  को छोड़कर, जो एक तत्व में एकीकृत 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,  कम-पास,   हाई-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  वर्गों 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।

एकल तत्व प्रकार
द्वारा महसूस किए गए | एक कम-पास इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर को फंसाया गया

सबसे सरल निष्क्रिय फिल्टर,   आरसी  और    आरएल  फिल्टर, केवल एक प्रतिक्रियाशील तत्व शामिल हैं,    हाइब्रिड एलसी फिल्टर  को छोड़कर, जो एक तत्व में एकीकृत 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,  कम-पास,   हाई-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  वर्गों 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 फ़िल्टर एस को निष्क्रिय और सक्रिय (एम्पलीफाइंग) घटकों के संयोजन का उपयोग करके लागू किया जाता है, और एक बाहरी बिजली स्रोत की आवश्यकता होती है।  ऑपरेशनल एम्पलीफायर  एस अक्सर सक्रिय फिल्टर डिजाइनों में उपयोग किया जाता है।इनमें उच्च   क्यू फैक्टर  हो सकता है, और इंडक्टर्स के उपयोग के बिना    अनुनाद  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 फ़िल्टर  एस,   क्रिस्टल फ़िल्टर  एस,   मैकेनिकल फिल्टर  एस,   सरफेस ध्वनिक वेव  (SAW) फिल्टर,   पतला-फिल्म बल्क ध्वनिक प्रतिध्वनि  (TFBAR, FBAR) आधारित फिल्टर,    |  शामिल हैं।गार्नेट फ़िल्टर, और परमाणु फिल्टर (  परमाणु घड़ी  एस में उपयोग किया जाता है)।

स्थानांतरण समारोह

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

ट्रांसफर फ़ंक्शन $$H(s)$$ of a filter is the ratio of the output signal $$Y(s)$$ to that of the input signal $$X(s)$$ as a function of the complex frequency $$s$$:$$H(s)=\frac{Y(s)}{X(s)}$$।

सभी रैखिक समय-अपरिवर्तनीय फ़िल्टर का स्थानांतरण कार्य, जब   का निर्माण किया जाता है, तो  घटक (   के विपरीत  घटक जैसे ट्रांसमिशन लाइन्स) के विपरीत, ट्रांसमिशन लाइनों का अनुपात होगा, दो बहुपद का अनुपात होगा। $$s$$, i.e. a rational function of $$\ s$$. The order of the transfer function will be the highest power of $$\ s$$ 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। पैसिव फ़िल्टर और   सक्रिय फ़िल्टर  तकनीक का उपयोग करने वाले फ़िल्टर को विशेष रूप से   इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर टोपोलॉजी  द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है जो उन्हें लागू करने के लिए उपयोग किया जाता है।

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

कुछ सामान्य सर्किट टोपोलॉजी हैं:


 * CAUER टोपोलॉजी - निष्क्रिय
 * SALLEN -KEY टोपोलॉजी - सक्रिय
 * मल्टीपल फीडबैक टोपोलॉजी - सक्रिय
 * राज्य चर टोपोलॉजी - सक्रिय
 * BIKADRATIC 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  Q फैक्टर  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 को    छवि  के दृष्टिकोण से डिज़ाइन किया जाना शुरू किया गया था, जो ज्यादातर दूरसंचार की आवश्यकताओं से संचालित होता है।  विश्व युद्ध II  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 अनावश्यक बना दिया है

प्रत्यक्ष सर्किट विश्लेषण
कम ऑर्डर फ़िल्टर को सीधे बुनियादी सर्किट कानूनों जैसे   Kirchhoff के नियम  को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।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 & nbsp; - एनालॉग या डिजिटल, निष्क्रिय या सक्रिय & nbsp; - 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।

नोट्स और संदर्भ

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