Modelarea și Implementarea Filtrelor Analogice și Digitale

Utilitatea temei

Filtrele sunt circuite electronice/electrice care au rolul de a procesa un semnal de intrare şi de a produce la ieşire un alt semnal permiţând unor anumite frecvenţe ale acestuia să treacă prin filtru în timp ce alte frecvenţe sunt blocate sau atenuate. Acestea pot fi implementate în circuite electronice pentru a modifica caracteristicile amplitudinii şi a fazei la ieşirea circuitului.

Dintre acestea filtrele digitale au o importanţă sporită deoarece sunt folosite în prezent într-o multitudine de aplicaţii fiind utilizate în industria automotive, în telecomunicaţii în aplicaţii multimedia, radio şi televiziune, în inginerie electrică în aplicaţii legate de electronica de putere, acţionări electrice şi/sau procesarea semnalelor.

Filtrele digitale sunt folosite în special în sistemele de comunicaţii care transmit semnale descrise de parametri precum amplitudine sau fază prin intermediul unui canal de comunicaţii sau în aplicaţiile radio care se folosesc de modularea spectrului semnalului în cauză. De asemenea filtrele se folosesc şi în cazul staţiilor de emisie/recepţie, aici rolul lor fiind acela de a elimina anumite frecvenţe nedorite.

Filtrele analogice se folosesc în aplicaţii ce ţin de ingineria electrică cum ar fi înlăturarea poluprii armonice, înbunătăţirea şi compensarea factorului de putere precum şi în aplicaţii ce ţin de prelucrarea semnalelor. Filtrele analogice pot fi proiectate pentru a avea caracter capacitiv la frecvenţa fundamentalei, astfel încât să poată fi utilizate şi pentru producerea puterii reactive necesară convertoarelor statice şi maşinilor electrice.

Actualitatea temei

Odată cu dezvoltarea industriei telecomunicaţiilor şi a electronicii de putere apare nevoia folosirii sistemelor de procesare a semnalelor. Datorită faptului că filtrele digitale pot fi implementate pe DSP si microprocesoare(CPU) acestea sunt ideale pentru a fi folosite în componenţa telefoanelor mobile precum şi a echipamentelor audio-video,de navigaţie,echipamente IT şi altele, folosite tot mai frecvent în prezent.

O altă problemă fundamentală din punctul de vedere al filtrării este legată de eliminarea poluării armonice. În mai puţin de 10 ani problema calităţii energiei electrice a depăşit domeniul de interes al specialiştilor fiind privită în prezent ca o problemă de interes major.

Prin creşterea numărului sarcinilor bazate pe electronică de putere, creşte nivelul distorsiunii armonice în sistemul de alimentare.

Problemele care ar putea fi determinate de nivelul excesiv al armonicilor de tensiune în reţeaua electrică sunt cunoscute de mult timp şi au fost stabilite proceduri şi standarde pentru a limita aceste distorsiuni. În general, există trei tipuri de dispozitive folosite pentru eliminarea armonicilor, fiecare cu avantajele şi dezavantajele sale. Acestea sunt:

– filtrele pasive

– soluţii utilizând transformatoare − de izolare, zig-zag, grupare fazorială

– filtrele active.

Poluarea armonică este produsă în mare parte de echipamentele care folosesc electrionică de putere, care generează armonici impare, acestea ducând la încărcarea conductorului neutru cu armonici de rang multiplu de trei. Utilizarea filtrelor pasive pentru a combate acest fenomen este posibilă, însă este dificil de proiectat un circuit pasiv eficient, de filtrare pentru armonica de rang trei. Un filtru pasiv va răspunde numai la armonicile pentru care a fost proiectat, astfel vor fi necesare noi circuite de filtrare individuale pentru alte frecvenţe armonice nedorite care apar.

În unele cazuri, atunci când spectrul armonic se modifică, este necesară reamplasarea sau suplimentarea filtrului pasiv. Transformatoarele în zig-zag sau transformatoarele în triunghi de izolare sunt eficiente contra armonicilor cu rang multiplu de trei, dar nu au efect asupra altor armonici. În aceste cazuri, utilizarea filtrelor active reprezintă o soluţie foarte bună.