4- Aktif Yüksek Geçiren Filtreler

İlk bölümde incelediğimiz, aktif alçak geçiren devre gibi, aktif yüksek geçiren devre de pasif filtre devre elemanlarından oluşmuş bir pasif yüksek geçiren devreye yükselteç eklenmesiyle elde edilir.
 

 

Birinci dereceden (tek kutuplu) aktif yüksek geçiren filtre, isminde de anlaşılacağı gibi alçak frekanslardaki sinyalleri bastıran, yüksek frekanslardaki sinyalleri geçiren bir filtre sistemidir. Aktif yüksek geçiren filtre, pasif bir filtreyi takip eden bir evirmeyen işlemsel yükselteçten oluşur. Devrenin frekans cevabı pasif filtrenin frekans cevabı ile aynıdır. Evirmeyen yükselteç devresinde, voltaj kazancının büyüklüğü, geri beslemeli R2 direncinin, giriş direncine tekabül eden R1 direncine bölünmesiyle elde edilmiş bir fonksiyondan oluşur. 

Ayrıca aktif yüksek geçiren devrenin voltaj kazancı da yukarıdaki gibi hesaplanır. Yukarıdaki devrede A_f (Filtrenin geçiş bant kazancı) değeri (1+R2/R1) formülü ile hesaplanır. Bilindiği gibi f giriş sinyalinin frekansı, fc ise filtrenin kesim frekansıdır. Aktif yüksek geçiren filtre devresini F_c kesim frekansı ise aşağıdaki gibi hesaplanır.
 

 

Ayrıca basit bir aktif yüksek geçiren filtre devresi eviren bir yükselteçle de elde edilebilir. Eviren yükselteçle tasarlanan filtrenin yapısı ve F_c kesim frekansı denklemleri aşağıdaki gibidir.
 

 

Aktif yüksek geçiren devrenin frekans cevabı aşağıdaki grafikte yer alan alttaki çizgidir. Grafikte yer alan üstteki çizgi ise yükseltecin frekans yanıtıdır. İkinci dereceden aktif yüksek geçiren devrelerinde ise 2 adet kondansatör bulunur.
 

 

5- Bant Durduran Filtreler
 

Bant geçiren ve bant durduran filtrelerde bant diye kastedilen oldu iki farklı frekansın arasındaki bölgedir. Bant durduran filtre adından da anlaşılacağı gibi belirli iki farklı frekansın arasında bulunan sinyali bastırarak geçirmez ve o aralık dışındaki sinyalleri direk olarak geçirir. Bant durduran filtreler bant söndüren filtre olarak da bilinirler. Bant geçiren ve bant durduran filtrelerde iki adet kesim frekansı bulunur ve devreler bu iki frekans aralığına göre çalışırlar.
 

  

Yukarıda bant durduran filtrenin frekans cevabının grafiği yer almaktadır. Grafikte f_L ve f_H frekansları arasındaki sinyallerin geçirilmediği görülmektedir. Devre f_L'den küçük ve f_H'den büyük frekanslarınsa tamamını geçirmektedir. Bu tür bant durduran devreler biyomedikal cihazlarda sıklıkla görülür. Alternatif akımın havada yayılması kolay olduğunda, biyomedikal ölçümler yapılırken şebeke geriliminin ölçümlerde sapmalara neden olmaması için cihazlara şebeke geriliminin sahip olduğu frekanslardaki sinyalleri durduran filtre devreleri konulur.
 

 

Bant durduran filtrenin devresi yukarıdaki şekildeki gibidir. Bir adet alçak geçiren ve bir adet yüksek geçiren filtrenin birleştirilmesi ile bant durduran filtre elde edilir.Bant durduran filtrenin frekans aralığını oluşturan f_H ve f_L değerleri ise aşağıdaki şekilde hesaplanır.
 

 

6- Bant Geçiren Filtreler
 

Bant geçiren filtre aşağıdaki gibi bir adet yüksek geçiren filtreyle bir adet alçak geçiren devrenin bağlanmasıyla elde edilir. Bant geçiren filtrenin frekans cevabında da bant durduran filtrede olduğu gibi iki adet frekans aralığı vardır. 
 

 

Frekans cevabı grafiğindeki iki farklı frekanstan birincisi yüksek geçiren filtrenin kesim frekansı, ikincisi alçak geçiren devrenin kesim frekansıdır. Yukarıdaki devre bir pasif bant geçiren filtre devresidir. Bant geçiren filtreler aktif filtre olarak da üretilebilir. Aktif bant geçiren filtreler yüksek geçiren filtre ile alçak geçiren filtre arasında bir yükselteç konularak elde edilir. Aktif bant geçiren filtrelerin kesim bölgeleri daha dik olduğunda daha keskin sonuçlar elde edilir.
 

 

 

Yukarıdaki grafikte f_L ve f_H değerleri arasındaki sinyaller geçirilirken, bu değerler dışındaki sinyaller devre tarafından kesime uğratılarak geçirilmezler. Son olarak grafikteki Fcenter değeri olan merkez frekansıysa aşağıdaki formülle hesaplanır.
 

 

 

Aktif Filtre-Pasif Filtre Avantaj ve Dezavantajları
 

►Aktif filtre tasarımında bobin kullanılmaz bu nedenle devre tasarımı kolay ve ucuzdur.

►Aktif filtre devrelerinde giriş empedansı yüksek, çıkış empedansı ise düşüktür. Bu nedenle, aktif filtrelerin giriş veya çıkışlarına bağlanacak devrelerin ve elemanların etkilenmesi söz konusu değildir.

►Aktif filtrelerde, filtrenin geçirgen olduğu frekanslarda herhangi bir zayıflatma olmaz.

►Pasif filtreler herhangi bir beslemeye ihtiyaç duymaz fakat aktif filtrelerin her zaman besleme gerilimlerine ihtiyaçları vardır.

►Aktif filtre devre tasarımında kullanılan op-ampların bant genişlikleri sınırlı olduğundan her frekansta aktif filtre tasarlamak oldukça zordur.

►Aktif filtre devre tasarımında bobin kullanılmaz. Bu nedenle bu eleman yerine negatif empedans dönüştürücülerden yararlanılarak kondansatörden bobin elde edilebilir.

 

Filtrelerin Kullanım Alanları
 

Elektronik filtreler çok geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Filtreler genelde süzgeçlerde karşımıza çıkarlar, süzgeçler ise genelde doğru bileşenleri ayırmada, gürültü azaltmada, rezonanstan kaçınmada, işaret biçimlendirmede, işaret zayıflatmada ve güç faktörü düzeltmede kullanılırlar.Elektronikte çok önemli bir yeri olan süzgeçler televizyon, radyo, ses, resim ve veri haberleşmesinde kullanılırlar. Telefon devreleri de süzgeçsiz gerçekleştirilemezler çünkü sürekli veri transferi gerekleştiren cihazlardır. Ayrıca jeofizik, tıbbi elektronik, uzaktan ölçüm gibi birçok bilimsel konuda araştırılma yapılırken de sıklıkla kullanılırlar.
 

Ayrıca filtre devreleri haberleşme sistemlerinin en önemli devrelerindendir. Hemen hemen tüm haberleşme sistemlerinde kullanılırlar. Haberleşmede belirli banttaki frekansların geçmesine izin verirken bu bant dışında kalan frekansların ise zayıflatılmasını sağlar.