Iragazki elektroniko

Telebista seinale banatzailea, goi-paseko iragazki batez eta behe-paseko iragazki batez sortua.

Iragazki elektronikoa edo iragazki elektrikoa seinale elektrikoen osagaiak bereizteko erabiltzen den zirkuitu elektrikoa da. Iragazkiak orohar maiztasun jakin bateko seinaleak ezabatu edo areagotzen ditu, aldi berean seinalearen anplitude eta fasea ere alda ditzakeela. Iragazki mota ugari dago.

Iragazki elektronikoen ezaugarri nagusiak euren transferentzia-funtzioa eta maila dira. Iragazki baten transferentzia-funtzioak hartzen duen seinalearen eta itzultzen duenaren arteko aldea esaten digu. Iragazkiaren mailak berriz iragazki idealetik zein gertu gauden adierazten du, geroz eta maila handiagoa orduan eta zehatzagoa izango da iragazkia.

Historia

Lehen iragazki elektronikoak iragazki lineal pasibo analogikoak izan ziren, erresistentziaz eta kondentsadorez edo erresistentziaz eta induktorez soilik sortuak. Iragazki hauei polo bakarreko RC edo RL deritze hurrenez hurren. Iragazki sinple hauek erabilera oso mugatua daukate. Polo anitzeko LC iragazkiek, 1910. urtean sortuak, seinalearen erantzunaren gaineko kontrol handiagoa onartzen dute.

Beranduago iragazki hibridoak agertu ziren, hauek normalean erresonantzia mekanikodun anplifikadore analogikoen edo atzerapen lineen konbinazio batez konposatzen dira. CCD (karga akoplatuko gailuak) bezalako beste gailu batzuk, atzerapen linea analogikoekin, denbora diskretuko iragazki moduan ere erabiltzen dira.

Azkenean, teknologia digitalaren eta datuen prozesatze digitalaren etorrerarekin, gaur egun oso ezagunak diren iragazki aktibo digitalak eraiki ziren.

Iragazki motak

Hiru iragazki mota bereiz daitezke: iragazki pasibo edo aktiboak, iragazki analogiko edo digitalak eta maiztasun-erantzunaren araberako iragazkiak.

Iragazki pasibo eta aktiboak

Iragazki pasiboak

Iragazki linealen erabilpen pasiboak erresistentzien (R), induktoreen edo bobinen (L) eta kondentsadoreen (C) konbinazioan oinarrituta daude. Induktoreak eta kondentsadoreak iragazkiaren elementu erreaktiboak dira. Elementu horien kopuruak iragazkiaren ordena zehazten du. Iragazki hauei, normalean, iragazki pasibo deritze, ez baitaude inolako kanpo energia-iturriren menpe eta ez daukatelako elementu aktiborik (transistoreak, adibidez). Hau dela eta, potentzia gutxi daukate. Maiztasun jakin batzuk espektrotik banatzeko erabiltzen dira eta sintonizatzeko zailak dira.

Iragazki pasibo mota ezberdinak bereiz daitezke:

Elementu bakarrekoak: sinpleenak eta sortu ziren lehenak (RC eta RL iragazkiak) dira. Elementu erreaktibo bakar batez eratuak daude, LC iragazki hibridoa izan ezik, elementu bakar batean induktantzia eta kapazitantzia izateagatik ezaugarritzen dena.
L iragazkiak: bi elementu erreaktiboz eratuta, bat seriean eta bestea paraleloan.
T eta π iragazkiak: Hiru elementu erreaktiboz eratuak, T eta π iragazkien ezberdintasuna iragazkiaren geometrian datza. Iragazkiak behe-pasekoak, goi-pasekoak, banda-pasekoak edo banda-ezabatutakoak izan daitezke. Behar diren maiztasun ezaugarrien arabera osagaiak simetrikoki jar daitezke edo ez. Irudiko goi paseko T iragazkiak, maiztasun altuetan inpedantzia oso txikia du eta inpedantzia oso altua maiztasun baxuetan. Honek esan nahi du maiztasun altuak eroanak izango direla, eta maiztasun txikiak ez. Behe paseko π iragazkiak aldiz, maiztasun txikietan transmitituko du eta altuetan ez.
Elementu anitzeko iragazkiak: Normalean eskailera sare baten moduan eraikitzen dira. L, T eta π iragazkien diseinuen jarraipenaren antzera ikus daitezke. Iragazkiaren parametroren bat hobetu nahi denean erabiltzen dira, normalean banda-paseko eta banda-ezabatutako iragazkietan.

Iragazki aktiboak

Iragazki pasiboen helburu berdina daukate, baina haien irteerako seinalean sarrerako seinalea osorik edo partzialki ager daiteke. Bere inplementaziorako elementu aktibo zein pasiboak konbinatzen dira. Anplifikadore operazionalaren erabilera ohikoa da, harilik erabili gabe erresonantzia eta Q faktore handia lortzeko gai delako. Anplifikadoreen erabileraren ondorioz, potentzia handiagoa daukate eta sintonizatzeko errazagoak dira.

Iragazki analogikoak eta digitalak

Iragazki analogikoak

Iragazki klasikoak dira. Seinale analogikoak tratatzeko diseinatzen dira. Erresistentziak, kondentsadoreak eta anplifikadore operazionalak bezalako osagai analogikoekin diseinatzen dira.

Iragazki digitalak

Erantzun finituko iragazki baten funtzionamendua n faserekin, fase bakoitza di baliodun atzerapen independentearekin eta ai anplifikazio irabaziarekin.

Seinale digitalak tratatzeko diseinatuak. Seinale digitalen prozesatzeak iragazki mota ezberdin asko eraikitzea baimentzen du neurri ekonomikoan. Seinale analogiko bat konbertsio analogiko-digital baten bitartez zenbaki multzo batez eratutako seinale digital bihurtzen da. CPU-ko edo DSP espezializatu bateko programa informatiko batek irteerako zenbaki segida bat kalkulatzen du. Irteera hau seinale bihur daiteke konbertsio digital-analogiko baten bitartez. Batzuetan, arazoak daude konbertsioen eraginez sortutako "zaratarekin", baina zarata hau kontrolatua eta mugatua izan daiteke iragazki askoren bidez. Sarrerako seinalea maiztasun mugatu batekoa izan behar da aliasing efektua ekiditeko.

Gaur egun, iragazki gehienak digitalak dira, hauen onurak analogikoekin alderatuz handiagoak direlako: errepikagarritasuna, egonkortasuna, programatzaile batek birdefinitzeko gaitasuna, tamaina, etab.

Maiztasun-erantzunaren araberako iragazkiak

Teoriatik lortzen da iragazkiak transferentzia-funtzioaren arabera bereizten direla, honen ondorioz, transeferentzia-funtzio jakin bat lortzen duen edozein elementu pasibo edo aktiboren konbinaketa, mota jakin bateko iragazkitzat hartzen da.

Induktoreek goi-maiztasuneko seinaleak blokeatu eta behe-maiztasunekoak eroaten dituzte; kondentsadoreek alderantziz egiten dute lan. Seinalea induktore batetik igarotzen den edo kondentsadore batek korrontea lurrera desbideratzen duen iragazki batean, ahultze maila txikiagoa adierazten du behe-maiztasuneko seinaleen aurrean; ondorioz, behe-paseko iragazkia da. Seinalea kondentsadore batetik igarotzen bada edo induktoretik lur-hargunea badauka, orduan iragazkiak ahultze maila txikiagoa izango du goi-maiztasuneko seinaleen aurrean eta goi-paseko iragazkia izango da. Erresistentziek berez ez dute maiztasunak hautatzeko propietaterik, baina kondentsadoreekin eta induktoreekin batzen dira zirkuituko denbora-konstanteak zehazteko, eta ondorioz, zirkuitu honi erantzuten dioten maiztasunak.

Behe-paseko iragazkia (LPF)

Maiztasun baxuak igarotzen uzteagatik eta altuak ahultzeagatik bereizten da. Iragazki mota honek bi sarrera terminal, bi irteera terminal eta kutxa beltz bat behar ditu (koadripolo ere esaten zaio). Modu honetan, sarrerak maiztasun guztiak hartzen ditu, eta irteerako-seinalean, berriz, iragazkiak onartzen dituen maiztasunak soilik agertzen dira.

Goi-paseko iragazkia (HPF)

RC zirkuitu baten behe-paseko iragazki elektronikoa

Seriean konektatutako erresistentzia eta kondentsadore batez eraikitzen da. Kondentsadoreak maiztasun zehatz batetik gorako maiztasunak soilik igarotzea onartzen du. Maiztasun zehatz honen izena ebaki-maiztasuna (Fc) da eta maiztasun hau baino baxuagoak direnak ahuldu egiten dira.

Bere erabilera ohikoenak 40-70 hertzetik (Hz) beherako audio-espektro batean nahi ez den informazioa ezabatzea edo murriztea dira. Hau da, maiztasun entzungarriaren azpitik dauden seinaleak kentzen ditu bozgorailuak babesteko eta anplifikadorearen potentzia-galerak saihesteko.

Banda-paseko iragazkia (BPF)

Maiztasun tarte jakin batean dauden maiztasunak igarotzen uzten ditu, hau da, goi ebaketa-maiztasun baten (FH) eta behe ebaketa-maiztasun (FL) baten artekoak.

Audio ekualizadoreetan erabiltzen da, maiztasun batzuk beste batzuk baino gehiago anplifikatuz. Seinale ezagun baten inguruan agertzen diren soinuak ere ezabatzeko erabiltzen da. Elektronikatik eta seinaleen prozesamendutik kanpo, zientzia atmosferikoen eremuan erabiltzen dira datuak 3-10 eguneko tartean maneiatzeko.

Banda-ezabatutako iragazkia

Banda-paseko iragazkiaren alderantzizko funtzionamendua du, hau da, maiztasun tarte bateko maiztasunak igarotzea zailtzen du.

Ezagutzen ditugun maiztasun interferentziak ezabatzeko erabilgarriak dira, adibidez, sare elektroniko batek ekipoetan sortzen dituen interferentziak, 50 Hz-era finkatuta daudenak.

Banda-anitzeko iragazkia

Hainbat maiztasun tarte ditu, eta horien portaera desberdina da.

Iragazki aldakorra

Egin nahi den funtzioaren arabera bere maiztasun mugak alda ditzake.

Goi maiztasunetarako (100 MHz-etik gora), batzuetan induktoreak bukle edo metalezko xafla zerrenda moduan aurkezten dira; kondentsadore batzuk, berriz, alboko metalezko zerrendak dira.

Transferentzia-funtzioa

Iragazkiaren sorkuntza zehatza alde batera utzita, lineala izan behar dela izan ezik, haren jokabidea transferentzia-funtzioaren arabera deskribatzen da. Honek aplikatutako seinalea, maiztasun bakoitzeko eta iragazkia zeharkatzerakoan, anplitudean eta fasean nola aldatzen den adierazten du. Aukeratutako transferentzia-funtzioak iragazkia sailkatzen du. Iragazki ohikoenak hauek dira:

Butterworth iragazkia, banda-pase leuna eta ebaki zorrotza dauka.
Chebyshev iragazkia, ebaki zorrotza baina ondulaziodun banda-pasea dauka.
Iragazki eliptikoa edo Cauer iragazkia, aurreko iragazkiak baino trantsizio-eremu malkartsuagoa lortzen dute haien bandetan dauden oszilazioen ondorioz.
Bessel iragazkia, analogikoa izatekotan, fase aldaketa konstantea bermatzen du.

Transferentzia-funtzioa matematikoki zatiki moduan adieraz daiteke maiztasun egokiko transformazioen bidez. Zenbakitzailea baliogabetzen duten balioak zeroak direla esaten da, eta izendatzailea baliogabetzen dutenak poloak.

$H(f)={\frac {zenbakitzaile(f)}{izendatzaile(f)}}$

Zeroen eta poloen kantitateak iragazkiaren ordena zehazten du, eta honen balioak zehazten ditu zein diren iragazkiaren ezaugarriak, maiztasun-erantzuna eta egonkortasuna.

Ordena

Iragazki baten ordenak maiztasunen onarpen- edo ukapen-maila deskribatzen du, ebaketa-maiztasunaren goitik edo azpitik. Lehen ordeneko iragazki batek, bere ebaki-maiztasuna F denean, 6 dB-ko atenuazioa izango du lehen zortzirenean (2F), 12 dB bigarren zortzirenean (4F), 18 dB hirugarren zortzirenean (8F) eta horrela hurrenez hurren. Iragazkiaren atenuazio malda ezagutu nahi bada hamarkaden araberako maiztasun-zerrenda dugunean (10F), korrespondentzia 20 dB/hamarkada da lehen ordenerako, 40 dB bigarrenerako, etab.

Orden handiagoko iragazki analogikoak egiteko, lehen eta bigarren ordeneko iragazkien serie konexio bat egiten da, iragazkia zenbat eta azkarrago, orduan eta konplexuagoa baita. Hala eta guztiz ere, iragazki digitalen kasuan, ordena 100 baino altuagoa duten iragazkiak lortzea ohikoa da.

Erreferentziak

Ikus, gainera

Kanpo estekak

LabVIEW bitartez iragazki digitalak eraikitzeko liburutegia
Fundamentals of Electrical Engineering and Electronics
Analog Filters for Data Conversion
Some Interesting Filter Design Configurations & Transformations

Datuak: Q327754
Multimedia: Electronic filters / Q327754