مرشح نشط

المرشح النشط هو نوع من الدوائر التناظرية التي تُنفذ مرشحًا إلكترونيًا باستخدام مكونات نشطة، وعادةً ما يكون مكبرًا . يمكن استخدام المكبرات المُضمنة في تصميم المرشح لتحسين تكلفة المرشح وأدائه وقابليته للتنبؤ. ^{[ 1 ]}

يمنع المُضخِّم مقاومة الحمل للمرحلة التالية من التأثير على خصائص المرشح. يمكن أن يحتوي المرشح النشط على أقطاب وأصفار معقدة دون استخدام محث ضخم أو باهظ الثمن. غالبًا ما يمكن ضبط شكل الاستجابة، وعامل الجودة (Q )، والتردد المضبوط باستخدام مقاومات متغيرة غير مكلفة. ^{[ 2 ]} في بعض دوائر المرشحات النشطة، يمكن ضبط أحد المعلمات دون التأثير على المعلمات الأخرى. ^{[ 1 ]}

يُفرض استخدام العناصر النشطة بعض القيود. تتجاهل معادلات تصميم المرشحات الأساسية النطاق الترددي المحدود للمضخمات. تتميز الأجهزة النشطة المتاحة بنطاق ترددي محدود، لذا فهي غالبًا ما تكون غير عملية عند الترددات العالية. تستهلك المضخمات الطاقة وتُدخل ضوضاءً إلى النظام. قد تكون بعض تصميمات الدوائر غير عملية إذا لم يتم توفير مسار تيار مستمر لتيار الانحياز لعناصر المضخم. وتُحدَّد قدرة معالجة الطاقة بمراحل المضخم. ^{[ 3 ]}

تشمل تكوينات دوائر الترشيح النشطة ( طوبولوجيا الترشيح الإلكتروني ) ما يلي:

• مرشحات سالين-كي، ومرشحات VCVS (حساسية منخفضة لتفاوت المكونات)
• مرشحات متغيرات الحالة ومرشحات ثنائية التربيع أو ثنائية المربع
• تمرير النطاق لمضخم مزدوج (DABP)
• شق فيينا
• مرشحات التغذية الراجعة المتعددة
• Fliege (أقل عدد من المكونات لمضخمين تشغيليين ولكن مع إمكانية تحكم جيدة في التردد والنوع)
• أكربيرج موسبيرج (إحدى التكوينات التي توفر تحكمًا كاملاً ومستقلاً في الكسب والتردد والنوع)

يمكن للمرشحات النشطة تنفيذ نفس وظائف النقل التي تنفذها المرشحات السلبية . ومن وظائف النقل الشائعة ما يلي:

• مرشح الترددات العالية - تخفيف الترددات التي تقل عن نقاط القطع الخاصة بها.
• مرشح الترددات المنخفضة - تخفيف الترددات التي تتجاوز نقاط القطع الخاصة بها.
• مرشح تمرير النطاق - تخفيف الترددات أعلى وأسفل تلك التي يسمح بمرورها.
• مرشح إيقاف النطاق (مرشح الحجب) - تخفيف ترددات معينة مع السماح بمرور جميع الترددات الأخرى. ^{[ 4 ]}

توجد تركيبات ممكنة، مثل مرشح الحجب ومرشح الترددات العالية (في مرشح الضوضاء حيث يأتي معظم الضوضاء المزعجة من تردد معين). مثال آخر هو المرشح الإهليلجي .

لتصميم المرشحات، تشمل المواصفات التي يجب تحديدها ما يلي:

• نطاق الترددات المطلوبة (نطاق التمرير) بالإضافة إلى شكل استجابة التردد. يشير هذا إلى تنوع المرشح (انظر أعلاه) وترددات المركز أو الزاوية.
• متطلبات معاوقة الإدخال والإخراج . تُحدّ هذه المتطلبات من تصميمات الدوائر المتاحة؛ فعلى سبيل المثال، تُوفّر معظم تصميمات المرشحات النشطة، وليس جميعها، خرجًا مُخفّفًا (منخفض المعاوقة). مع ذلك، تذكّر أن معاوقة الخرج الداخلية لمضخمات العمليات ، في حال استخدامها، قد ترتفع بشكل ملحوظ عند الترددات العالية، مما يُقلّل من التوهين عن المتوقع. انتبه إلى أن بعض تصميمات مرشحات الترددات العالية تُعرّض الإدخال لدائرة قصر تقريبًا عند الترددات العالية.
• النطاق الديناميكي للعناصر النشطة. يجب ألا يصل المضخم إلى حالة التشبع (أي لا يصل إلى حدود جهد التغذية) عند إشارات الإدخال المتوقعة، كما يجب ألا يتم تشغيله عند سعات منخفضة لدرجة أن الضوضاء تطغى عليه.
• مدى ضرورة رفض الإشارات غير المرغوب فيها.
  • في حالة مرشحات تمرير النطاق ذات النطاق الضيق، يحدد عامل الجودة (Q)  عرض النطاق الترددي -3 ديسيبل، ولكنه يحدد أيضًا درجة رفض الترددات البعيدة عن التردد المركزي؛ إذا كان هذان الشرطان متعارضين، فقد يكون من الضروري استخدام مرشح تمرير نطاق مضبوط بشكل متدرج .
  • بالنسبة لمرشحات الشق، فإن درجة رفض الإشارات غير المرغوب فيها عند تردد الشق تحدد دقة المكونات، ولكن ليس عامل الجودة Q، الذي يتم التحكم فيه من خلال الانحدار المطلوب للشق، أي عرض النطاق الترددي حول الشق قبل أن يصبح التوهين صغيرًا.
  • بالنسبة لمرشحات الترددات العالية والمنخفضة (وكذلك مرشحات تمرير النطاق البعيدة عن التردد المركزي)، قد يحدد معدل الرفض المطلوب ميل التوهين اللازم، وبالتالي "رتبة" المرشح. يوفر مرشح الأقطاب الكاملة من الرتبة الثانية ميلًا نهائيًا يبلغ حوالي 12  ديسيبل لكل أوكتاف (40  ديسيبل لكل عقد)، لكن الميل بالقرب من تردد القطع يكون أقل بكثير، مما يستدعي أحيانًا إضافة فاصل إلى المرشح.
• يُحدد مقدار التموج المسموح به (الانحراف عن الاستجابة المسطحة، مُقاسًا بالديسيبل) ضمن نطاق تمرير مرشحات الترددات العالية والمنخفضة، بالإضافة إلى شكل منحنى استجابة التردد بالقرب من تردد القطع، نسبة التخميد أو عامل التخميد (= 1/(2Q)). ويؤثر هذا أيضًا على استجابة الطور، والاستجابة الزمنية لإشارة دخل مربعة . وتُعرف بعض أشكال الاستجابة المهمة (نسب التخميد) بأسماء شائعة.
  • مرشح تشيبيشيف - ذروة / تموج في نطاق التمرير قبل الزاوية؛ Q>0.7071 للمرشحات من الدرجة الثانية.
  • مرشح باترورث – استجابة سعة مسطحة إلى أقصى حد؛ Q=0.7071 للمرشحات من الدرجة الثانية
  • مرشح ليجندر-بابوليس – يضحي ببعض التسطيح في نطاق التمرير، على الرغم من أنه لا يزال رتيبًا ، مقابل انخفاض أكثر حدة
  • مرشح Linkwitz-Riley – خصائص مرغوبة لتطبيقات التقاطع الصوتي، أسرع وقت صعود بدون تجاوز؛ Q = 0.5 ( مخمد بشكل حرج )
  • مرشح باينتر أو مرشح تومسون-باتروورث الانتقالي أو مرشح "الحل الوسط" - انخفاض أسرع من مرشح بيسل؛ Q=0.639 لمرشحات الرتبة الثانية
  • مرشح بيسل - تأخير المجموعة مسطح إلى أقصى حد؛ Q=0.577 للمرشحات من الدرجة الثانية. يوفر طورًا خطيًا جيدًا.
  • مرشح إهليلجي أو مرشح كاوير - أضف فاصلًا (أو "صفرًا") خارج نطاق التمرير مباشرةً، للحصول على ميل أكبر بكثير في هذه المنطقة مقارنةً بمزيج الرتبة ونسبة التخميد بدون الفاصل. يكون الناتج مشابهًا للمرشح المثالي (أي استجابة مسطحة جيدة لكل من نطاق التمرير ونطاق الإيقاف).

• مرشح الطاقة النشط
• مقاومة سالبة تعتمد على التردد

• خبير مرشحات تناظرية بتقنية التغذية المنفصلة
• مقدمة عن المرشحات النشطة
• تصميم المرشحات النشطة - مقالات ذات صلة
• معالج المرشحات التناظرية : أداة تصميم المرشحات النشطة