Aktive Filter und passive Filter sind beide Arten von elektronischen Filtern, die eine bestimmte Frequenz oder einen Frequenzbereich aus einem Signal filtern. Abgesehen von der Frequenzfilterung unterscheiden sie sich jedoch sowohl im Design als auch in der Leistung.
Was ist ein Filter?
Ein Filter ist eine elektronische Schaltung, die in der Lage ist, einen bestimmten Frequenzbereich zu passieren oder zu verstärken und andere Frequenzen zu blockieren oder zu dämpfen. Sie werden zur Filterung spezifischer Frequenzen aus einem Signal verwendet. Es gibt verschiedene Arten von Filtern wie digitale und analoge Filter, aktive und passive Filter, lineare und nichtlineare Filter, Tiefpass-, Hochpass-, Bandpassfilter usw. Wir werden die Unterschiede zwischen aktiven und passiven Filtern diskutieren.
Was ist ein aktiver Filter?
Ein aktiver Filter ist eine Art von Filter, der mit aktiven Bauteilen wie Operationsverstärkern und Transistoren entwickelt wird. Sie werden in Kombination mit Widerständen und Kondensatoren, aber nicht mit Spulen verwendet. Solche Filter sind in der Lage, eine Leistungsverstärkung bereitzustellen. Ihr Design ist jedoch komplexer im Vergleich zu passiven Filtern.
Da aktive Filter aktive Bauteile verwenden, benötigen sie eine externe Stromversorgung, um zu funktionieren. Das gefilterte Signal erfordert keine Verstärkung. Die Verstärkung kann jedoch durch Variieren eines bestimmten Parameters während des Betriebs geändert werden.
Ein Operationsverstärker hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz und eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz. Daher hat der aktive Filter kein Problem der Lastwirkung an seiner Quelle und Last. Darüber hinaus beeinflusst eine Änderung der Last nicht die Leistung des Filters, da die Last von der Quelle isoliert ist.
Der Nachteil eines aktiven Filters ist die Notwendigkeit einer externen Stromquelle. Die Leistung des Filters hängt von der Gesundheit der externen Quelle ab. Die in aktiven Filtern verwendeten aktiven Bauteile haben eine begrenzte Bandbreite. Daher eignen sie sich nicht für das Filtern von Hochfrequenzsignalen. Sie sind auch anfälliger für Beschädigungen durch großen Strom.
Merkmale eines aktiven Filters:
- Aktive Filter verwenden aktive Bauteile wie Operationsverstärker und Transistoren.
- Sie umfassen auch passive Bauteile wie Widerstände und Kondensatoren, jedoch keine Spulen.
- Sie benötigen eine externe Stromquelle, um zu funktionieren.
- Sie haben eine sehr hohe Eingangsimpedanz und eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz.
- Sie können leicht kaskadiert werden, um die Ordnung des Filters zu erhöhen, ohne sich um den Verlust an Amplitude zu kümmern.
- Sie liefern eine hohe Leistungsverstärkung am Ausgang.
- Eine Änderung des Lastwiderstands beeinflusst nicht die elektrischen Eigenschaften.
- Sie haben eine komplexe Schaltung.
- Sie haben ein kompaktes Design und sind klein.
- Sie sind teurer im Vergleich zu passiven Filtern.
- Sie haben einen begrenzten Frequenzbereich aufgrund der begrenzten Bandbreite aktiver Bauteile. Sie können nicht bei hohen Frequenzen betrieben werden.
- Sie können keinen großen Strom verarbeiten.
Was ist ein passiver Filter?
Ein passiver Filter verwendet nur passive Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen usw. Es hat ein sehr einfaches Design und ist sehr günstig. Dieser Filter benötigt keine externe Stromversorgung und bietet daher keine Leistungsverstärkung. Sie verwenden jedoch eine Spule, die es ihnen ermöglicht, großen Strom standzuhalten.
Passive Bauteile können sehr hohe Frequenzen verarbeiten. Daher werden passive Filter für Hochfrequenzanwendungen verwendet. Sie sind jedoch nicht für sehr niedrige Frequenzanwendungen geeignet. Der Wert der Induktivität muss erhöht werden, was eine sperrigere Spule erfordert, die auch die Größe und den Preis des Filters erhöht.
Der Lastwiderstand ist direkt verbunden und beeinflusst den Gesamtwiderstand des Filters. Daher beeinflusst jede Änderung des Lastwiderstands die elektrischen Eigenschaften des Filters. Es hat eine begrenzte Eingangs- und Ausgangsimpedanz, ihre Leistung wird durch Lastwirkung beeinflusst.
Da passive Bauteile Leistung aus dem Eingangssignal aufnehmen, liefert der passive Filter keine Leistungsverstärkung, und das Ausgangssignal hat eine geringere Amplitude als das Eingangssignal. Es erfordert eine Verstärkung nach der Filterung.
Merkmale eines passiven Filters:
- Passive Filter verwenden nur passive Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen.
- Sie benötigen keine externe Stromversorgung.
- Sie liefern keine Leistungsverstärkung.
- Eine Änderung des Lastwiderstands beeinflusst die Eigenschaften des passiven Filters.
- Sie haben keine Frequenzbegrenzung und werden aufgrund der Verwendung von Spulen hauptsächlich für Hochfrequenzanwendungen verwendet.
- Für Niedrigfrequenzanwendungen wird eine größere Spule benötigt, was die Größe und den Preis des passiven Filters erhöht.
- Sie haben ein einfaches und leichtes Design.
- Sie sind billiger als aktive Filter.
- Sie sind aufgrund der größeren Spulen größer und schwerer.
Hauptunterschiede zwischen aktiven und passiven Filtern
| Aktiver Filter | Passiver Filter |
|---|---|
| Verwendet aktive Bauteile wie Operationsverstärker und Transistoren | Verwendet passive Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen |
| Benötigt eine externe Stromquelle zum Betrieb | Benötigt keine externe Stromquelle |
| Bietet eine hohe Leistungsverstärkung | Bietet keine Leistungsverstärkung |
| Hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz | Hat eine mittlere Eingangsimpedanz |
| Hat eine niedrige Ausgangsimpedanz | Hat eine mittlere Ausgangsimpedanz |
| Die elektrischen Eigenschaften ändern sich nicht mit Änderungen der Last | Die elektrischen Eigenschaften variieren signifikant mit Änderungen der Last |
| Enthält sowohl aktive als auch passive Bauteile, außer der Spule | Besteht nur aus passiven Bauteilen |
| Hat eine Frequenzbegrenzung aufgrund der begrenzten Bandbreite von Operationsverstärkern | Hat keine Frequenzbeschränkungen |
| Hat keine Resonanzprobleme | Kann von Resonanz beeinflusst werden |
| Hat einen hohen Q-Faktor | Hat einen niedrigen Q-Faktor |
| Ist teurer | Ist relativ günstiger |
| Kann keinen großen Strom verarbeiten | Ist stabil und kann großen Strom standhalten |
| Hat ein komplexes Design | Hat ein einfaches Design |
| Ist kompakt und hat eine kleine Größe | Ist aufgrund größerer Spulen sperriger und schwerer |
Vergleich zwischen aktiven und passiven Filtern
Stromquelle
- Aktive Filter benötigen eine externe Stromquelle zum Betrieb.
- Passive Filter benötigen keine externe Stromquelle zum Betrieb.
Verstärkung
- Aktive Filter bieten eine hohe Leistungsverstärkung und verstärken das Ausgangssignal.
- Passive Filter bieten keine Leistungsverstärkung. Das Ausgangssignal hat tatsächlich eine geringere Amplitude als das Eingangssignal.
Design
- Aktive Filter haben ein komplexes Design.
- Passive Filter haben ein einfaches Design.
Lastwirkung
- Aktive Filter haben kein Problem der Lastwirkung, da sie eine geringe Ausgangs- und hohe Eingangsimpedanz haben.
- Passive Filter haben ein Problem der Lastwirkung.
Bandbreite
- Aktive Filter haben Frequenzbeschränkungen und können aufgrund der begrenzten Bandbreite der aktiven Bauteile keine Hochfrequenzsignale filtern.
- Passive Filter haben keine Frequenzbeschränkungen.
Größe
- Aktive Filter sind kompakt und haben eine kleine Größe und Gewicht.
- Passive Filter sind aufgrund der Größe der Spulen sperriger und schwerer, insbesondere bei niedrigen Frequenzen, die größere Spulen erfordern.
Kosten
- Aktive Filter sind aufgrund aktiver Bauteile und der Anforderung einer Stromquelle teuer und kostspielig.
- Passive Filter bestehen aus günstigen passiven Bauteilen.
Dieser Vergleich zeigt die Unterschiede zwischen aktiven und passiven Filtern in Bezug auf Stromversorgung, Verstärkung, Design, Lastwirkung, Bandbreite, Größe und Kosten.
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