تقنيات التصوير: تصاريح سلبية ضد الأفلام النشطة

Understanding Filtering Techniques: Passive vs. Active Filters

وفي عالم تجهيز الإلكترونيات والإشارات، تعتبر تقنيات التصفية أساسية لإدارة وتلاعب الإشارات عبر مجموعة واسعة من التطبيقات، ومن النظم السمعية إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية، ومن إمدادات الطاقة إلى دوائر الترددات اللاسلكية، تؤدي أجهزة الترشيح دورا حاسما في ضمان أن تعمل النظم الإلكترونية على نحو سليم، وذلك بإتاحة الإشارات المرغوبة للمرور، مع منع الضوضاء غير المرغوب فيها، والتدخل، وتهيمن فئتان من المرشات الرئيسية على المشهد:

هذا الدليل الشامل يستكشف كل من المرشّحات السلبية والنشطة بعمق، ويدرس مبادئها الأساسية، واعتبارات التصميم، وخصائص الأداء، والتطبيقات في العالم الحقيقي، وسواء كنت تصمم شبكة صوتية بسيطة للتقاطع أو نظام مُعقد لتجهيز الإشارات، فإن فهم متى وكيف تستخدم كل نوع من أنواع التصفية سيمكّنكم من اتخاذ قرارات مستنيرة تُحدّد الأداء والتكلفة والموثوقية على النحو الأمثل في تصميمات الإلكترونية.

ما هي الأفلام ولماذا ماتوا؟

قبل أن ندخل في تفاصيل المرشّات السلبية والنشطة، من المهم فهم المفهوم الأساسي للرش في الإلكترونيات، الرشّة هي دائرة إلكترونية تسمح بشكل انتقائي بتجاوز بعض الترددات أثناء تصعيد أو منع الآخرين، وهذا السلوك التقليدي يجعل الرشّة لا غنى عنها في كل نظام إلكتروني تقريباً.

ويعمل المصورون في مجال الأجهزة الإلكترونية الحديثة العديد من المهام الحاسمة، حيث يزيلون الضوضاء غير المرغوب فيها من الإشارات، والعناصر المختلفة للترددات في نظم الاتصالات، والاستجابات على شكل ترددات في المعدات السمعية، ويزيلون التناسق في إمدادات الطاقة، ويضعون إشارات للتجهيز في نظم الأجهزة، وقدرة التلاعب بمحتوى الترددات أساسية بالنسبة لطريقة عملية النظم الإلكترونية، وينقلون المعلومات ويحصلون عليها.

ويُدعى التردد الذي يتحول فيه مرشح من الإشارات إلى تعطيلها بتردد الخفض أو التردد الزاوي أو نقطة الـ3B، وفي هذا التردد، تخفض القدرة على الإشارة إلى الناتج إلى نصف قيمتها القصوى، وهو ما يقابل تخفيضاً في الفولط بنسبة 0.707 مرة تقريباً في حجم المدخلات، ويُعتبر فهم هذا المفهوم أساسياً لتصميم قنوات التصفية وتحليلها.

المصورون السلبيون: مؤسسة تجهيز الإشارات

تتألف المرشّحات السلبية من مكونات سلبية مثل المقاومين، والمكثفين، والموصلات التي لا تتطلب إمدادات خارجية من الطاقة، وهذه السمة الأساسية تحدد عملياتها وتحدد مزاياها وحدودها في التطبيقات العملية.

مكونات وتشييد ملفات سلبية

وتشكل لبنات البناء من مرشحات سلبية ثلاثة عناصر سلبية أساسية هي: المقاومون، والمكثفون، والموصلات، وكل عنصر من هذه المكونات يتفاعل مع الإشارات الكهربائية بطرق مختلفة تستند إلى الترددات، ويوفر المصممون الاختراق المتردية، ويحافظون على مقاومة ثابتة نسبيا عبر نطاق الترددات الواسعة، ويقلل عدد المصابون بالعجز مع ارتفاع الترددات، مما يجعلهم فعالين في تجاوزات الترددات العالية، بينما يعرقلون الترددات المتدنية.

وفي تطبيقات الترددات المنخفضة (حتى 100 كيلوهرتز)، عادة ما تُبنى مرشحات سلبية باستخدام شبكات RC (Resistor-Capacitor) البسيطة، في حين أن مرشحات التردد العالي (أكثر من 100 كيلوهرتز) تُصنع عادة من عناصر RLC (Resistor-Inductor-Capacitor) ويُستمد هذا الاختيار من العناصر المعتمدة على الترددات من اعتبارات عملية تتعلق بحجم العنصر والتكاليف وخصائص الأداء.

وفي ترددات منخفضة، يصبح الموصلات اللازمة لتحقيق قيم معقولة للعجزات كبيرة وثقيلة ومكلفة، كما أن هذه العوامل تميل إلى مقاومة داخلية كبيرة يمكن أن تضعف أداء التصفية، ولهذا السبب، فإن شبكات المنسقين المقيمين تُفضل تطبيقات منخفضة التردد، ولكن ارتفاع الترددات، مع ذلك، تصبح المحاصد أكثر عملية في الحجم، ويمكن أن تحقق مزيجات المسؤولية عن النتائج خصائص أداء أعلى تبرر تعقيدها الإضافي.

السمات الرئيسية للمرشحين السلبيين

ولا توجد في مرشحات مرارة عناصر مضللة (المترجمون، والمضخمات التشغيلية، وما إلى ذلك) أي مكسب للإشارة، ولذلك فإن مستوى إنتاجها يقل دائما عن مستوى المدخلات، وهذا الارتفاع سمة متأصلة من المصفوفات السلبية ويمثل أحد القيود الرئيسية، حيث أن هناك عنصرين سلبيين في تصميمات سريعة، فإن الإشارة إلى الإنتاج أقل حجما من الإشارة المناظرة لها، وبالتالي فإن الرش المتسارع.

وتختلف المرشّحات المارة إلى أقصى درجة من الاستجابة لتواتر يتراوح بين 100 هرتز و300 ميغاهرتز، ويعود الحد الأدنى إلى أن يكون العنان أو الإكفاء كبيراً إلى ترددات منخفضة، وأن الحد الأعلى للتواتر يعود إلى أثر القيود والعوائد الطفيلية، غير أنه مع اتباع ممارسات تصاميم دقيقة، يمكن أن تكون تطبيقات البرمجيات الحسنة المتخصصة.

أنواع المقايضة المتحركة

ويمكن تشكيل مرشحات سلبية في عدة أجسام، تناسب كل منها مع متطلبات مختلفة من حيث تطابق العيوب وأهداف التصفية، وأبسط تشكيلة هي القافز من نوع L الذي يستخدم عنصرا من سلسلة واحدة وعنصرا واحدا من الشظايا، وتشمل التشكيلات الأكثر تعقيدا المرشّحة والمرشّحات التي تُدعى بعد تشابهها البصري مع هذه الرسائل على شكل رسم بياني للدائرة.

ويحتوي تشكيلة المرشات العالية نسبيا على كبساط من خط الإشارة إلى الأرض، يليه عنصر سلسلة (المعروف أو الموصل أو الأسمدة)، ثم مركب آخر إلى الأرض، وهذه الطبقات ذات تأثير خاص عندما يكون نقص المصدر منخفضاً، وينخفض ضغط الحمولة، ويستخدم جهاز الترميز هذا عنصراً من عناصر السلسلة، يليه مُصدر مُنقِّع إلى الأرض، ثم يُضَع عنصر آخر من عناصر السلسلة.

ويتكون عنصر التصفية السلبي من مزيج من المكثفات والموصلات التي تُستخدم في التردد الواحد أو من خلال مجموعة من الترددات، وفي نظم الطاقة، تستخدم أجهزة التصفيف السلبية لقمع التيار الوئامي والحد من تشوه الفولطية الذي يظهر في أجزاء حساسة من النظام، ويدل هذا التطبيق على قابلية الفرز المفرط للمرشحات السلبية التي تتجاوز التجهيز البسيط للإشارات.

مزايا الأفلام السلبية

وتوفر مرشحات سلبية عدة مزايا قاهرة تجعلها الخيار المفضل في العديد من التطبيقات، أولا وقبل كل شيء، لا تحتاج إلى إمداد خارجي بالطاقة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون استهلاك الطاقة فيها محدودا، وهذا السمة يعني أيضا أنها لا تولد أي ضوضاء من العناصر النشطة ولا تعاني من المسائل المتصلة بإمدادات الطاقة.

والمرشحات السلبية بسيطة وموثوقة في جوهرها، حيث إن عدد العناصر التي يمكن أن تفشل، لا يميل إلى تحقيق استقرار طويل الأجل ممتاز، ويحتاج إلى الحد الأدنى من الصيانة، ويمكن أن يتعامل مع مستويات عالية من الطاقة التي تحجب العناصر النشطة، مما يجعلها أساسية في استخدامات الكهرباء الإلكترونية وتطبيقات نقل الترددات، بالإضافة إلى أن المصفوفات السلبية لا تنتج أي تشوه من عدم وجود أجهزة نشطة ولا توجد فيها قيود على معدل الذوب.

فالتكاليف هي ميزة هامة أخرى، إذ يمكن تنفيذ مرشحات سلبية بتكلفة أقل من نظيراتها النشطة، بالنسبة للعديد من التطبيقات، ولا سيما في الترددات العالية، وهي عناصر غير مكلفة عموما ومتاحة على نطاق واسع، ومفهومة جيدا من جانب المصممين، وفي التطبيقات ذات التردد العالي، كثيرا ما تفوق المرشّحات السلبية التصميمات النشطة نظرا للقيود المفروضة على نطاق الترددات المتوسطة على العناصر النشطة.

حدود المصورين

وعلى الرغم من مزاياها، فإن المرشّحات السلبية لها عدة قيود هامة، والأهم من ذلك هو أن أجهزة التصفيف المخففة للإشارة تقلل دائماً من حجم الإشارات، ولا تضخها أبداً، وفي تصميمات متعددة المراحل، يمكن أن تصبح هذه التكثيف حادة، وقد تتطلب مراحل إضافية للتضخيم تضيف تعقيداً وتكلفاً.

وتشكل آثار التعبئة تحديا آخر، إذ يمكن أن يؤثر تعطل دوائر المصدر والشحن تأثيرا كبيرا على أداء المرشات، مما يجعل من الصعب التعاقب على مراحل متعددة من التصفية دون تطابق دقيق مع التلاعب، وكل مرحلة من المراحل تُحمّل الأولى، مما يغير من الاستجابة للتواتر والأداء الذي يحتمل أن يكون مهينا.

وفي ترددات منخفضة، تتطلب مرشحات سلبية قيماً كبيرة من العناصر، حيث يصبح القواطع والموصلات بصفة خاصة كبيرة من الناحية المادية، ومكلفة، وغير عملية تحت ترددات معينة، كما أن الموصلات تميل إلى مقاومة داخلية كبيرة ويمكنها أن تلتقط تدخلات الكهرومغناطيسية، مما يزيد من الحد من فائدتها في بعض التطبيقات.

ويمكن أن يكون من الصعب تحديد مسارات التصفير والتكييف عند تركيبها، فتغيير وتيرة التخفيض أو غير ذلك من الخصائص يتطلب عادة استبدال العناصر بصورة مادية، خلافا للمرشحات النشطة التي يمكن أن تجري فيها التعديلات في كثير من الأحيان بقيم مقاومة متفاوتة، وقد يكون هذا الافتقار إلى المرونة عائقا كبيرا في التطبيقات التي تتطلب خصائص قابلة للتعديل أو قابلة للبرمجة.

الأفلام النشطة: تحسين الأداء من خلال التضخيم

والمرشح النشط هو نوع من الدوائر اللاهوتية التي تنفذ مرشحا إلكترونيا باستخدام المكونات النشطة، وهو عادة مضخم، ويمكن استخدام المضخمات المدرجة في تصميم مرشح لتحسين تكلفة المرشّح وأدائه وإمكانية التنبؤ به، وهذا الفرق الأساسي من المرشّحات السائلة يتيح إمكانيات جديدة لتصميم المرشّح وأدائه.

دور المبلِّغين التنفيذيين

وتستخدم مرشحات نشطة عنصراً من عناصر الربح (عادة ما يكون مضخماً تشغيلياً) بالإضافة إلى المقاومين والمكثفات، أما المضخم التشغيلي أو المضخم التشغيلي فهو قلب أكثر تصميمات المرشّح نشاطاً، وهذه الدوائر المتكاملة المتعددة الأطراف توفر قدراً كبيراً من الارتداد في المدخلات، وتدني مستوى الإنتاج، والكسب الذي يمكن التحكم فيه، مما يجعلها مثالية لتطبيقات التصفية.

والمرشحات النشطة هي دوائر مرشحة تابعة لمراكز التنسيق الإقليمية تستخدم إلى جانب بعض المقاومين والمكثفات، وهي جهاز مضخم تشغيلي (مجهز) كأداة تضخيم رئيسية لتوفير مكاسب فولتية، فضلا عن زيادة الرقابة وأداء التصفية في النطاق الترددي المنخفض، وهذا الجمع بين العناصر السلبية ذات التكثيف النشط يتيح لخصائص الأداء التي يمكن أن تكون مستحيلة مع المكونات السلبية وحدها.

ولا تستخدم هذه المواد الموصلات لأن تردداتها أقل هي خسائر وضخامة وثقيلة ومكلفة، وباستخدام المصابيح لخلق سلوك مكافئ من خلال دوائر نشطة، يمكن للمصممين أن يتجنبوا المشاكل المرتبطة بالموصلات المادية مع تحقيق أداء مماثل أو أعلى في مجال التصفية.

السمات الرئيسية للمرشحين النشطين

وتتمتع مرشحات العمل بعزلة جيدة بين المراحل، ويمكن أن توفر قدرا كبيرا من المدخلات وقلة الإنتاج؛ وهذا يجعل خصائصها مستقلة عن المحركات المصدرية وخطابات الحمل، وهذه العزلة هي أحد أهم مزايا المرشّحات النشطة، لأنها تزيل آثار التحميل التي تصيب تصميمات الرشّة.

ويمكن أن يكتسب مرشح نشط القدرة على زيادة الطاقة المتاحة في إشارة مقارنة بالمدخلات، وتُبدد أجهزة التصفيف السريع الطاقة من إشارة ولا يمكن أن يكون لها مكسب صاف، وهذه القدرة على توفير مكاسب تعني أن المرشّحات النشطة لا يمكن أن ترشّح إشارات فحسب بل تضخّمها أيضا، مما يزيل الحاجة إلى مراحل تضخم منفصلة في العديد من التطبيقات.

ويحد أقصى من الاستجابة للتواتر من عنصر المكسب، الذي عادة ما يكون عشرة من الميغاهرتز للفحص، ويمكن استخدام مرشحات نشطة في ترددات بعض الهرتز أو أقل، مما يجعل مرشحات نشطة مناسبة بشكل خاص لتطبيقات منخفضة التردد حيث تتطلب مرشحات سلبية عناصر كبيرة من الناحية العملية.

التأهّب والتفكير النشطين

ويمكن تنفيذ مرشحات نشطة في العديد من الطبقات التجميلية، حيث يقدم كل منها خصائص مختلفة ومواصفات، وتشمل أكثر التشكيلات شيوعا مرشحات سالين كي، ومرشحات متعددة للتغذية، ومرشحات متغيرة للدولة، ومرشحات للزجاجات، ولكل طبلة من الطبقات الجغرافية مزايا محددة من حيث الحساسية إزاء التسامح بين العناصر، وسهولة التلميذ، وخصائص.

كما أن مرشحات سلالين كي، المعروفة أيضاً بمرشحات مصادر فولتاجية خاضعة للمراقبة، هي من بين أكثر الطبقات انتشاراً في مجال التصفيفات، وهي توفر حساسية منخفضة للتغيرات في العناصر ويمكن تصميمها بسهولة لمختلف الاستجابات التي تستخدمها أجهزة التصفيف، وتستخدم تشكيلة سالين كي لا تتحول إلى شبكة من أجهزة الترميز في مسار التغذية المرتدة، مما يوفر أداء ممتازاً بأقل من ذلك.

وتستخدم مرشحات متعددة للتغذية المرتدة أسلوباً للكشف عن العمليات ومسارات متعددة للتغذية المرتدة، وهذا التضاريس يقدم أداء جيداً ويفيد بشكل خاص في تطبيقات تصفية الطرقات، وتوفر مرشحات متغيرات الدولة نواتج ذات مسافات منخفضة، وجوازات عالية، وقطعية من دائرة واحدة، مما يجعلها غير قابلة للتطبيقات التي تتطلب أنواعاً متعددة من المرشات.

خصائص الاستجابة للملفات

ويوفر رد بوترورث استجابة واسعة النطاق جدا، يشار إليها على أنها استجابة مكتملة إلى أقصى حد، وهذا واحد من عدة أنواع من أنواع الاستجابة للمرشحين العاديين يمكن تنفيذها بمصفوفات نشطة، ويعرض كل نوع من أنواع الاستجابة مختلفا بين شق السرعة، وحجم الترددات الانتقالية، وتكثيف الترددات.

وتوفر مرشحات بوترورث أقصى درجات الشقة في نطاق المرور دون أن تكون ممزقة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي يكون فيها الكسب الموحد عبر النطاق الحرج، وتضحي مرشحات تشيبيشيف بشق طريقها من أجل بدء تشغيل النطاق في نطاق الانتقال، وتتقبل بعض المزروعات في نطاق المرور لتحقيق انتقائية أفضل من الترددات، وتُفضِّل أجهزة التصفيق الاستجابة النهائية لتشويه الإشارات الدنيا، مما يجعلها المفضلة للتطبيقات الهامة التي تحافظ على الترددات.

وتوفر مرشحات الشفاه أو الصلصة أكبر عملية انتقال ممكنة بين النطاقات المسموح بها والتوقف عن العمل بنظام معين للتصفير، ولكن بتكلفة الطفرة في كل من النطاق الترددي والتوقفي، ويتوقف اختيار الاستجابة للمرشح على المتطلبات المحددة للتطبيق، بما في ذلك مدى السرعة المقبول، وتكرار النطاق المطلوب، واحتياجات التسلسل التدريجي.

مزايا الأفلام النشطة

فالأجهزة الرشاقة الفعالة هي عموماً أسهل بكثير من تصميم مرشحات سلبية، وهي تنتج خصائص أداء جيدة، ودقة جيدة جداً مع سرعة الانطلاق والضوضاء المنخفضة عندما تستخدم بتصميم جيد للدائرة، وهذا سهولة التصميم، إلى جانب الأداء الأعلى، يجعل مرشحات نشطة جذابة للعديد من التطبيقات.

ويمكن أن يكون للمرشح النشط أعمدة معقدة وعلامات صفرية دون استخدام موصل كبير أو مكلف، ويمكن في كثير من الأحيان تحديد شكل الاستجابة، وعامل الجودة، والتواتر الملاحظ بمقاومات متغيرة غير مكلفة، وفي بعض دوائر التصفيف النشطة، يمكن تعديل بارامتر واحد دون التأثير على الآخرين، وهذه المرونة في التصميم والتكيف ميزة كبيرة على المرشِّفات السلبية.

يمكن أن تكون المراحل المتعددة متعاقبة عندما تكون مطلوبة لتحسين الخصائص، وعلى النقيض من ذلك، يجب أن يأخذ تصميم مرشحات سلبية متعددة المراحل في الاعتبار تحميل كل مرحلة من مراحل المرحلة السابقة على نحو يعتمد على الترددات، والعزلة التي توفرها المصابيح تجعل مراحل التصفية النشطة مباشرة، مما يتيح للمرشحين ذوي المستويات العالية أداء يمكن التنبؤ به.

ومن الممكن جعل مرشحات نشطة قابلة للتسوية على نطاق واسع، مقارنة بالمرشحات السلبية، وبما أن الموصلات لا تستخدم، يمكن أن تُصنع مرشحات في حجم مدمج جدا ولا تنتج أو تتفاعل مع حقول مغناطيسية قد تكون موجودة، وهذه الخصائص تجعل من المرشّحات النشطة مثالية للتطبيقات في البيئات الضارية الكهرومغناطيسية أو التي يكون فيها الفضاء محدودا.

حدود المصورين النشطين

وعلى الرغم من مزاياها الكثيرة، فإن للمرشحين النشطين قيود هامة يجب النظر فيها، فمقارنة بالمرشحات النشطة، فإن المصفوفات السلبية لا تحتاج إلى إمدادات إضافية من الطاقة، ويجب أن توفر أجهزة التوسيع لمرشح نشط مكاسب وأداء يمكن التنبؤ بهما على نطاق الترددات بأكملها التي يتعين معالجتها؛ وسيقيد الناتج المكسب - الترددي للمضخم أقصى درجات التردد التي يمكن استخدامها.

إن الحد من الإنتاج في نطاق الربح له أهمية خاصة في التطبيقات العالية التردد، ومع زيادة الترددات، فإن المكاسب المتاحة من انخفاضات العمليات، وصولاً في نهاية المطاف إلى تحقيق مكاسب وحدة في تردد العمليات الانتقالية، وهذا يحد من أقصى تردد يمكن أن تعمل فيه المرشحات العاملة بفعالية، ويصل عادة إلى عشرات من الميغاريتز لعمليات التشغيل العامة الغرض.

ويستهلك المضخمون القوة ويحقنوا الضوضاء في نظام ما، وقد تكون بعض الطبقات الطوبية غير عملية إذا لم يُقدَّم أي مسار من مسارات العاصمة للتحيز الحالي للعناصر المتضخمة، وقد تكون قدرة مناولة السلطة محدودة بمراحل المضخم، مما يجعل من غير المناسب استخدام أجهزة التصفير العاملة في التطبيقات ذات القوى العالية أو الحالات التي يجب فيها التقليل من استهلاك الطاقة.

كما أن المرشّحات النشطة تحدّها النطاق الدينامي ومعدل الرش المستخدم، ويمكن أن تؤدي الإشارات الكبيرة إلى التشبع، وتقفي الإنتاج، وتضليل التشويش، وتخفض المعدل الأقصى الذي يمكن فيه لحجم الإنتاج أن يغيّر الأداء مع إشارات عالية التردد أو كبيرة الحجم، بالإضافة إلى أن أجهزة الفرز العاملة تحتاج إلى ضمان توافر الطاقة اللازمة لتقليل حجمها إلى أدنى حد ممكن.

أنواع الأفلام: منخفضة الراس، وشديدة الراس، وباند - باس، وباند - ستوب

ويمكن تشكيل مرشحات سلبية ونشطة على حد سواء لتنفيذ أربعة أنواع من المرشحات الأساسية، كل منها يؤدي وظائف مختلفة من حيث تواترها، فهم أنواع المرشحات هذه أمر أساسي لاختيار المرشح المناسب لأي طلب معين.

مصورون من طراز L-Pass

ولا يسمح المرشحات المنخفضة إلا بإشارات منخفضة التردد من 0Hz إلى ترددها المقطعي، ويمرر في الوقت نفسه بحجب تلك الإشارات الأعلى، وربما تكون مرشحات السيارات المنخفضة هي أكثر أنواع التسريح شيوعا، وإيجاد التطبيقات في النظم السمعية، ولوازم الطاقة، والمرشحات المضادة للحركة للمحولات المسببة للإصابة بالمرض، والعدد الكبير من النظم الأخرى.

في عمليات التنفيذ السلبية، أبسط مرشح للطرق المنخفضة هو مقاوم في سلسلة مع مسار الإشارة وجهاز قياسي متصل بالإشارة إلى الأرض، مع ارتفاع الترددات، ينخفض عجز الكابسيتور ويقطع إشارة إلى الأرض ويقلل من حجم الناتج، ويستخدم المزيد من المرشّحين المتطوّرين المتدنيي المتطورين مراحل متعددة من المختطفين والمكثفين لتحقيق خصائص حادة.

وتستخدم مرشحات السيارات المنخفضة النشاط عادةً مركباً مصمماً لا يُعرّض أو يُحْوَل مضخماً بشبكة من RC تحدد الترددات المتقطعة، ويوفر هذا المواصفات المربحة والعزلة، بينما تحدد شبكة المنسقين المقيمين الاستجابة للتواتر، ومن خلال اختيار قيم عنصرية وعلم الطبويات المرشّحة بدقة، يمكن للمصممين أن يحققوا خصائص مختلفة للاستجابة، بما في ذلك استجابات بوترورث أو شيبيشيف أو بي.

صائدو صواريخ عالية الصدر

ولا يسمح المرشح المرتفع إلا بإشارات عالية التردد من ترددها المقطعي، ونقطة الانهيار، ودرجة أعلى إلى درجة لا نهائية، مرورا بعرقلة تلك الإشارات الأقل، والمرشحات العالية التجويف ضرورية لإزالة معادلة العاصمة، وإزالة الضوضاء المنخفضة التردد، وفصل عناصر الإشارة العالية التردد عن التدخل في حالات التردد المنخفضة.

يمكن بناء مرشحات سريعة عالية جداً عن طريق عكس مواقع المقاوم و المكثف في مرشح منخفض التجويف يربط المكثف في سلسلة مع مسار الإشارة و المقاوم للأرض، وفي ترددات منخفضة، يحجب المتحكم الاشاره عاليه، بينما يجتاز التردد اشارة الحد الأدنى

الحد الأقصى لرد الترددات الترددية لجهاز تصفية سريع فعال محدود بخصائص فتحية أو نطاق الترددات الجاهزة للمضخم التشغيلي الذي يجري استخدامه، وهذا الحد يعني أن المرشّحين الراقيين الناشطين لديهم تردد أقل (حددهم شبكة RC) وحد أقصى للتواتر (حدده نطاق الترددات الترددية العالية جدا) مما يجعلهم يخترقون بشكل فعال مرشحات المرور بالقطعية ذات النطاق الترددي.

صانعو الضمادات

وتسمح مرشحات جواز السفر بالضمادات بأن تمر الإشارات في نطاق تردد محدد، بينما تخفف الترددات دون هذا النطاق أو فوقه، وتتميز بترددين مقطعين: تردد أقل وتواتر أعلى، ويندرج نطاق المرشح في نطاق الترددات بين هذين الترددين، ومركز التردد عادة ما يكون متوسط التردد الجغرافي للثلاجتين المقطعتين.

ويمكن بناء مرشحات لقطع الطرق عن طريق التصفيق بمصفوفة عالية التجويف مع مرشح منخفض التجويف، شريطة أن تكون التردد العالي لقطع الطرق أقل من التردد المنخفض، وكبديل لذلك، يمكن للأطواب المتخصصة لقطع الطرق أن تحقق الاستجابة المرجوة بأقل من المكونات وخصائص أداء أفضل، ويصف عامل الجودة (Q) لمصفوفة طرق الطرقات النطاق الترددي كيف تشير القيم الانتقائية إلى أن تكون أضيق نطاقاً.

وفي حالات التنفيذ السلبي، كثيرا ما تستخدم أجهزة التصفيق ذات التجاوزات أجهزة الترددي المتردية التي تظهر وجود حد أدنى من الانحرافات في الترددات المتردية، ويمكن للمرشحين الضمية أن يحققوا قيما عالية وأنواع حادة دون أن يطلبوا من الموصلات الكبيرة، مما يجعلها عملية لتطبيقات منخفضة التردد حيث تكون التصميمات السلبية غير عملية.

ملصقات طراز Band-Stop (Notch)

كما أن مرشحات وقف العمل بالضمادات، تسمى أيضاً مرشحات للدقائق أو أجهزة التنصت، تؤدي الوظيفة المقابلة لمرشحات الضمادات - إشارات مخففة داخل نطاق تردد محدد، بينما تمر الترددات خارج هذا النطاق، وعندما تكون الفرقة المرفوضة ضيقة جداً، كثيراً ما تسمى هذه الرشات مرشحات غير صاخبة وتستخدم لإزالة ترددات محددة متقطعة، مثل خط التردد 50 هرتز أو 60.

ويمكن تنفيذ مرشحات الشاحنات السريعة باستخدام دوائر متوازية للترددات الصوتية للسيارات التي تمثل إخلالاً كبيراً بالتردد المتردد، وعندما توضع هذه الاختراقات العالية في سلسلة من مسار الإشارة، فإنها تحجب التردد غير المرغوب فيه، ويمكن للمرشحات النشيطة أن تحقق قيماً عالية جداً وترددات دقيقة غير دقيقة، مما يجعلها مثالية لإزالة تدخل محدد دون التأثير على الترددات القريبة.

إن مرشحات الشاحنات ذات العجلات المتناهية الصغر هي تشكيلة نشطة شعبية تستخدم شبكتين من شبكتين من شبكتين (واحدة تستخدم المقاومين والمقاومين، والأخرى تستخدم المكثفات والمقاومات) لخلق نقطة حرجة عميقة بتردد محدد، ويمكن لهذه المرشّحات أن تحقق 40 دروجينيا أو أكثر من التكثّر في نفس الوقت الذي يكون له تأثير ضئيل على الترددات حتى مزيلة قليلا من الحافة.

نظام ملء الملفات وخصائص الترميز

"القائد" للمرشح السلبي يحدد بعدد العناصر التفاعلية - أي المكثفات أو الموصلات - الموجودة في الدائرة، والمرشّح الأعلى يحتوي على عناصر أكثر تفاعلاً، وهذا يؤدي إلى مزيد من التحول التدريجي وبدء التشغيل، وفهم نظام التصفية أمر حاسم لتصميم مرشحات تلبي متطلبات الأداء المحددة.

صانعو الأفلام الأولى

تحتوي مرشحات من الدرجة الأولى على عنصر تفاعلي واحد (مركب واحد أو موصل واحد) وتوفر معدلاً للبدء في التنفيذ يبلغ 20 د.ب في العقد أو 6 د.ب لكل شاغل، وهذا المنحدر اللطيف نسبياً يعني أن الترددات القريبة من تردد القفص لا تُستنفَف إلا جزئياً، وأن الترددات المخففة الكبيرة من الترددات غير المرغوبة لا تحدث إلا بعد التخفيض.

وتُعتبر مرشحات الآلة الأولى بسيطة وغير مكلفة ومن السهل تصميمها، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها انتقائية متوسطة التردد كافية، كما أن لها حداً أدنى من درجات التحول إلى 90 درجة كحد أقصى يمكن أن يكون هاماً في التطبيقات الحساسة للتشويه التدريجي، غير أن سرعة التنفيذ التي تقوم بها تحد من فعاليتها في التطبيقات التي تتطلب تمييزاً حاداً.

صانعو الأفلام العاليه

وبإضافة عنصر تفاعلي واحد إلى مرشح، مثلاً، عن طريق الانتقال من المرتبة الأولى إلى المرتبة الثانية أو الثانية إلى المرتبة الثالثة، نزيد من الحد الأقصى للانطلاق بحلول 20 درناً يومياً/العقد، وهذا الانطلاق الحرفي يوفر انتقائية أفضل من التواتر، مما يتيح للمرشيح أن يفصل بشكل أكثر فعالية الإشارات المرغوبة عن الترددات غير المرغوبة.

وتوفر مرشحات من الدرجة الثانية 40 من الدي بي/ديكيدات متجددة، وتستخدم عادة في تطبيقات تجهيز الصوت والإشارة، وتقدم مرشحات من الدرجة الثالثة 60 من الدي بي/ديكيد، وأربعة مرشحات توفر 80 من الدي بي/ديكادوما، وما إلى ذلك، وكل زيادة من أجل تحسين الانتقائية الترددية، ولكنها تزيد أيضا من تعقيد الدوائر، وحساب العناصر، والتكاليف، والتحول التدريجي.

وفي تصميمات الرش العاملة، يجري عادة تنفيذ مرشحات أعلى درجة عن طريق فرز عدة أقسام من المرتبة الثانية (ما يسمى بزجاجات) بدلا من إنشاء مرحلة واحدة من مراحل الارتفاع، وهذا النهج يوفر استقرارا أفضل وتصميما أفضل وأداة أكثر قابلية للتنبؤ، ويمكن تصميم كل قسم من الأقسام ذات النطاقات المختلفة بصورة مستقلة ورسمها على النحو الأمثل، ثم تحديد مساره لتحقيق الاستجابة العامة المنشودة.

الاعتبارات العملية المتعلقة باختيار أمر الإفلاس

وينطوي اختيار نظام الترشيح المناسب على تحقيق التوازن بين عدة عوامل متنافسة، وتوفر مرشحات أعلى درجة انتقائية أفضل وبدء تشغيل أكثر تواترا، ولكنها أيضا تستحدث تحولا تدريجيا أكثر، وتحتاج إلى مزيد من العناصر، وتستهلك مزيدا من الطاقة (في التصميمات النشطة)، وتراعي بدرجة أكبر مدى حساسية التسامح بين العناصر، كما أنها تميل إلى الحصول على ردود أكثر تعقيدا تنطوي على إمكانية بلوغ الحد الأقصى أو الترن قرب التكه.

نظام التصفية المطلوب يعتمد على مواصفات الطلب بما في ذلك الفصل بين الترددات المرغوبة وغير المرغوبة، والتخفيض المطلوب للإشارات غير المرغوبة، وطريق السر المقبول، في العديد من الحالات، فإن مرشح ثاني أو ثالث يوفر توازناً مثالياً بين الأداء والتعقيد.

اعتبارات التصميم واختيار العناصر

ويتطلب تصميم مرشحات ناجحة النظر بعناية في عوامل عديدة تتجاوز مجرد الاختيار بين التنفيذ السلبي والتنفيذ النشط، إذ أن اختيار العناصر، ومتطلبات التسامح، واستقرار درجة الحرارة، وتقنيات البناء العملية تؤثر جميعها تأثيرا كبيرا على أداء مرشحي المركبات.

التسامح والاستقرار في العناصر

وتؤثر المجازفة على أداء المرشات مباشرة، ولا سيما على وتيرة الاختزال وخصائص النطاقات، وعادة ما يكون لدى المقاومين والمكثفات المعيارية نسبة 5 في المائة أو 10 في المائة، مما قد يؤدي إلى انحرافات كبيرة عن التردد المصمم، وقد يكون من الضروري بالنسبة للتطبيقات الحرجة، أن تكون نسبة 1 في المائة أو حتى 0.1 في المائة عناصر التسامح لتحقيق الأداء المطلوب.

كما أن معامل التدرج في المكونات تؤثر على استقرار المرشّح، ويمكن أن يكون للآلات، على وجه الخصوص، تفاوتات كبيرة في القيمة تعتمد على درجة الحرارة، إذ أن أجهزة قياس الصمامات توفر عموما استقرارا أفضل في درجة الحرارة من أجهزة التصفيف السهري، مما يجعلها تفضل تطبيقات الرش الدقيق، وبالمثل، فإن مقاومي الأفلام المعدنية توفر درجة أعلى من درجة الحرارة التي توفرها مقاومي تكوين الكربون.

في تصميمات الرش النشط، خصائص الأداء المؤثر بشكل كبير، البارامترات مثل منتج الترددات المربحة، ومعدل السحب، وفولاذ المدخّن، والتحيز في المدخلات، وخصائص الضوضاء يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار، ويجب أن يكون لدى المصابيح نطاق كافٍ ليعمل على نحو يتجاوز تردد القمامة، عادةً بمعامل 10 أو أكثر من أجل الأداء الدقيق.

اعتبارات الإمداد بالطاقة للمرشحين النشطين

وتحتاج مرشحات نشطة إلى تصميم دقيق لإمدادات الطاقة لتحقيق الأداء الأمثل، ويمكن أن تقترن الضوضاء التي تصدرها السلطة بدائرة التصفيف، ونسبة الإشارة إلى العلامة المهينة، وإدخال القطع الأثرية غير المرغوب فيها، كما أن أجهزة التفكيك الحسنة التي توضع بالقرب من كل عملية من العمليات، هي عوامل أساسية لسير العمليات والرفض بشكل مستقر.

ويجب أن يكون نطاق إمدادات الطاقة كافياً لاستيعاب مستويات الإشارات المتوقعة دون تجزؤ، ومعظم المصابيح العامة الغرض تعمل من إمدادات خامسة عشر، وتوفر قاعة مناسبة للروايات تصل إلى عدة فولتات، أما بالنسبة للتطبيقات ذات الفولط المنخفض، فإن مصابيح السكك الحديدية إلى السكك الحديدية تعمل من إمدادات واحدة (مثل +5V أو +3V) فهي متاحة، وإن كانت قد خفضت من النطاق الدينامي.

آثار التأشيرات والرسوم

وفي تصميمات التصفية السلبية، فإن المواءمة بين المرشّح ودائرة المصدر والشحن أمر حاسم لتحقيق الاستجابة المصممة للتواتر، ويمكن للاختراقات المفاجئة أن تُغيّر الترددات، وأن تغير خصائص التفريغ، وأن تُحدث انعكاسات غير مرغوب فيها في التطبيقات العالية التردد.

إن مرشحات نشطة تزيل إلى حد كبير شواغل التحميل بسبب ارتفاع نسبة المدخلات وقلة الإنتاج التي توفرها المصابيح، ولكن نقص المصدر يمكن أن يؤثر على أداء الضوضاء، ويجب أن يكون ضغط الحمولة في إطار القدرة على الدفع، وللقيام بشحنات منخفضة أو كابلات طويلة، قد يكون من الضروري وجود مضخم احتياطي.

طلبات الحصول على تصاريح سلبية ونشاطية

ويساعد فهم التطبيقات العملية للمرشحات السلبية والنشطة على توضيح متى يكون كل نوع أنسب وكيف يسهم في النظم الإلكترونية للعالم الحقيقي.

الطلبات السمعية

وتستخدم نظم الصوت على نطاق واسع كلا من المرشّحات السلبية والنشطة، إذ تقسم شبكات التقاطع السريع في أجهزة الصوت الصوت بين مختلف السائقين (المذيعين، والمتحدثين المتوسطي النطاق، والدوائر) مع قيام كل سائق بمعالجة نطاق التردد الذي يتكاثر فيه بكفاءة أكبر، ويجب أن تتعامل هذه المرشّحات السلبية مع مستويات كبيرة من الطاقة وتعمل بدون إمدادات من الطاقة الخارجية، مما يجعل التصميمات السلبية مثالية.

وتجد مرشحات نشطة استخداما واسع النطاق في المكافئات السمعية والضوابط على اللغم والمقاطعات الإلكترونية، ويمكنها أن توفر وصفات دقيقة للاستجابة للترددات، ويمكن تعديلها، وتجنيب الخسائر في أماكن أخرى من سلسلة الإشارات، وتزيل مرشحات الشبه الصوتية المحتوى المنخفض التردد الذي يمكن أن يلحق الضرر بالناطقين أو بحجم النفايات، بينما تزيل أجهزة التصفيف العالية التردد الضجيج الرقمي وتمنع استخدام هذه النظم.

تصفية إمدادات الطاقة

وتعتمد إمدادات الطاقة اعتمادا كبيرا على مرشحات سلبية لإزالة الطحالب من الفولط المصحوب بالكهرباء الكهرومغناطيسية، كما أن المكثفات الكبيرة في دوائر تصفية إمدادات الطاقة تخزن الطاقة وتزيل التباينات في الفولط، بينما يحجب الموصلون الضوضاء العالية التردد من الانتشار عبر نظام توزيع الطاقة.

أجهزة التصفيف النشطة تستخدم أحياناً في إمدادات الطاقة الدقيقة لتحقيق ضوضاء وقطع متدنية للغاية، هذه الدوائر التنظيمية النشطة يمكنها أن توفر أداء يتجاوز بكثير ما يمكن أن تكون به عناصر سلبية وحدها، وإن كان ذلك بتكلفة زيادة التعقيد وتفكك الطاقة.

نظم الاتصالات

وتستخدم نظم الاتصالات ذات الترددات اللاسلكية مرشحات سلبية على نطاق واسع لاختيار القنوات، ورفض الصور، والقمع المتجانس، وفي الترددات الترددية، كثيرا ما تفوق أجهزة التصفيف السلبية التصميمات النشطة نظرا للقيود المفروضة على نطاق الترددات الترددية للعناصر النشطة.

وتؤدي مرشحات الأنشطة أدوارا هامة في مراحل أجهزة الاستقبال المتوسطة التردد، حيث تكون الترددات منخفضة بما يكفي لكي تعمل العناصر النشطة بفعالية، وتوفر الانتقائية، والكسب، ومعدل النطاق الترددي القابل للتعديل من أجل إعادة التوزيع، وتتلقى إشارات، وفي النظم الإذاعية المحددة للبرامج، تشير أجهزة التصفيف النشطة قبل التحويل الناظري إلى الأرقام.

التوثيق والتقدير

وتستخدم نظم القياس مرشحات لتكييف الإشارات قبل التجهيز أو الرقمنة، وتمنع أجهزة التصفيف المضادة للارتفاع في التردد من التراجع إلى عرض النطاق الترددي للقياس عند رقمنة الإشارات، ويجب أن تكون هذه الرشفات ذات ترددات مقطوعة بدقة شديدة جداً وأن ترتفع من سرعة الارتداد لمنع الاختناق بصورة فعالة مع الحفاظ على المحتوى الاشارات المرغوب فيه.

وتوفر مرشحات نشطة في أجهزة كمبلدات أجهزة القياس انتقائية متزامنة، مما يقلل عدد المراحل المطلوبة ويحسن أداء النظام عموما، وتزيل أجهزة التصفيف النوافذ تدخل خط الطاقة (50 هرتز أو 60 هرتز) الذي يمكن أن يفسد القياسات الحساسة، بينما تقوم أجهزة مرشحة من طراز " الحزم " بعزل عناصر محددة من الإشارات لأغراض التحليل.

التطبيقات الطبية الحيوية

وتعتمد عملية تجهيز الإشارات الطبية البيولوجية اعتماداً كبيراً على مرشحات نشطة لاستخراج إشارات فيزيولوجية ضعيفة من الضوضاء والتدخلات، وتستخدم نظم التكتل (الكهرباء القلبية) أجهزة تصفية الوصلات لعزل نطاق الترددات من إشارات القلب، بينما ترفض ضوضاء العضلات، وتحركات الصنع، وتدخل خط الكهرباء.

والارتفاع في المدخلات من مرشحات نشطة له قيمة خاصة في التطبيقات الطبية الحيوية، حيث يمكن أن تكون حالات الإبطاء الكهربائي مرتفعة ومتغيرة، ويمكن للمرشحات النشطة أن تضخ هذه الإشارات الضعيفة دون تحميل الكهروديس، والحفاظ على جودة الإشارات وتحسين دقة القياس.

مقارنة الأفلام السلبية والنشاطية: صنع الخيار الصحيح

والاختيار بين مرشحين سلبيين ونشطين يتطلب تقييم عوامل متعددة محددة لكل طلب، ولا يوجد نوع واحد من أنواع التعليم العالي على الصعيد العالمي يتمتع بمزايا متميزة تجعله أفضل في حالات مختلفة.

متى تختارين الأفلام المُتسرعة

والمرشحات السلبية هي الخيار الواضح لتطبيقات عالية الطاقة حيث تكون المكونات النشطة غير عملية أو مستحيلة، وترشيح إمدادات الطاقة، وتصفيف إنتاجات الترددات، وشبكات التقاطع الصوتي، كلها تتطلب تنفيذات سلبية بسبب متطلبات مناولة الطاقة.

تطبيقات عالية التردد فوق عشرات الميغاهرتز عموماً، تُفضّل مرشحات سلبية بسبب القيود على نطاق الترددات الضيقة في المصابيح، وتكاد تستخدم نظم التموين والمايكرويف على وجه الحصر مرشحات سلبية، كثيراً ما تُنفَّذ بهياكل خطوط النقل، أو أجهزة إعادة التموين، أو تكنولوجيات التصفية المتخصصة.

وعندما يتعين تقليل استهلاك الطاقة إلى أدنى حد أو لا تتوافر إمدادات الطاقة، فإن المرشّحات السلبية ضرورية، كما أن الأجهزة التي تعمل بالبطارية، ونظم جمع الطاقة، وشبكات الاستشعار السلبية تستفيد من استهلاك الطاقة الصفرية للمرشحات السلبية، كما أن التطبيقات التي تتطلب التشغيل في بيئات متطرفة حيث قد تفشل المكونات النشطة في تصميمات سلبية.

وكثيرا ما تستخدم التطبيقات الحساسة من حيث التكلفة التي تتطلب أداء متواضع مرشحات سلبية، ويمكن تنفيذ مرشحات سائل RC أو LC على نحو غير مكلف للغاية، مما يجعلها جذابة للأجهزة الالكترونية الاستهلاكية وغيرها من التطبيقات ذات الحجم الكبير حيث يهم كل سنت.

متى تختارين الأفلام النشطة

إن تطبيقات التردد المنخفض التي تقل عن بضع مئات من الهرزال تصلح بشدة أجهزة التصفيف النشطة، والموصلات الكبيرة اللازمة للمرشحات السلبية في هذه الترددات غير عملية، بينما يمكن للمرشحات العاملة أن تحقق أداء ممتازا بقيم معقولة، كما أن تجهيزات الصوتيات وتجهيز الإشارات الطبية الحيوية والرصد السيزمي يستفيد من عمليات تنفيذ الرش.

فالتطبيقات التي تتطلب الحصول على مكاسب إلى جانب التصفية تستفيد من مرشحات نشطة، مما يمكن أن يوفر كلا من المهام في مرحلة واحدة، وهذا يقلل من عدد العناصر، ويبسط التصميم، ويمكن أن يحسن أداء النظام عموما مقارنة بمراحل التسمية والتضخم المنفصلة.

وعند الحاجة إلى خصائص دقيقة أو قابلة للتكيف أو قابلة للبرمجة، تُبرز أجهزة التصفيف النشطة، وقدرة تعديل الترددات المقطعة، أو معامل التكرار، أو اكتساب قيم مقاومة متفاوتة، تجعل مرشحات نشطة مثالية للتطبيقات التي تتطلب التطعيم أو التكييف.

التطبيقات التي تتطلب مراحل متعددة من مرشحي التسلسلات التعاقبية تصلح التصميمات النشطة بسبب العزلة التي توفرها المصابيح، ويستلزم بناء مرشحات سلبية عالية المستوى تطابقا دقيقا بين المراحل، في حين يمكن أن تُجمع مرشحات نشطة بنتائج يمكن التنبؤ بها.

النُهج الهجينة

وتستخدم نظم عملية كثيرة مرشحات سلبية ونشطة على السواء، مما يضاعف من قوة كل نهج، فعلى سبيل المثال، قد يستخدم إمداد بالطاقة مرشحات سلبية لأجهزة الترميز بالجملة، يتبعها تنظيم نشط للدقة، وقد يستخدم نظام سمعي عمليات التكرار السلبية لسائقي أجهزة الدفع العالي التي تعمل بالطاقة الكهربائية، مع استخدام مرشحات نشطة لتجهيز الإشارات وتحقيق المساواة.

بعض تصميمات القوارير تجمع بين العناصر السلبية والنشطة في دائرة واحدة لتحقيق الأداء المستحيل مع أي من النهجين فقط دوائر المرشّح تستخدم مصابيح الاختراع لتحفيز الموصلات، مما يتيح تنفيذ "الموصل النشط" الذي يتجنب مشاكل الموصلات البدنية مع الحفاظ على فوائد الطبقة العليا من التصفيحات المميتة للسيارات.

تقنيات التصميم المتقدم للملفات

وإلى جانب عمليات تنفيذ مرشحات أساسية، تتيح عدة تقنيات متقدمة تعزيز الأداء والقدرات المتخصصة.

محررون من طراز Capacitor

وتستخدم مرشحات الكوابيس المحورة مفاتيح إلكترونية ومكثفات لتنفيذ مهام الرش دون أن تتطلب من المقاومين أو الموصلات، وبسرعة تحويل المكثفات بين مختلف مواقد الدوائر، يمكن لهذه المرشحات أن تحفيز المقاومين بالقيم التي تحددها قيم الترددات والمواهب، وهذا النهج له قيمة خاصة في التنفيذ المتكامل للدائرة حيث يصعب اختلاق نسب المقاومين بدقة.

يمكن لمرشحات المبردات من تصفية قابلة للبرمجة باختلاف الترددات المتغيرة، وهي تستخدم على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية، ونظم اقتناء البيانات، وغيرها من التطبيقات التي تتطلب تصفية قابلة للتعديل أو قابلة للبرمجة، غير أنها تستحدث آثاراً لأخذ العينات وتتطلب إشارات على مدار الساعة، مما يمكن أن يعقّد التصميم ويحدث ضوضاء.

الأفلام الرقمية

بينما تركز هذه المادة على مرشحات التناظر، تجدر الإشارة إلى أن تجهيز الإشارات الرقمية يوفر نهجاً بديلاً للتصفير، عملية التصفيف الرقمي التي تم أخذ عينات من البيانات باستخدام خوارزميات رياضية، مما يوفر مرونة شديدة، ودقيقاً، وقابلية للبرمجة، ويمكنها تنفيذ استجابات الرشاقة التي يصعب أو يتعذر تحقيقها باستخدام تقنيات الأشعة.

غير أن مرشحات التكنولوجيا الرقمية تتطلب تحويلاً متماثلاً إلى رقمياً، ومعدات تجهيز رقمية، وتحويلاً رقمياً إلى لغة، مما يضيف إلى التحلي بالغرض، واستهلاك الطاقة، والتعقيد، وهي أنسب عندما تكون المعالجة الرقمية موجودة بالفعل في النظام أو عندما تفوق مزايا التصفيف الرقمي التعقيد الإضافي.

المصورون

وتكيف مرشحات التكيف تلقائيا خصائصها استجابة لظروف الإشارة المتغيرة، وتستخدم هذه المرشحات آليات التغذية المرتدة أو المراقبة الرقمية لتحقيق الأداء الأمثل لاختلاف إشارات المدخلات أو شروط التدخل، وتشمل التطبيقات إلغاء الضوضاء، وإغلاق صدى الاتصالات السلكية واللاسلكية، ورفض أجهزة استقبال الاتصالات.

وتُعد مرشحات نشطة مناسبة بشكل خاص للتنفيذات التكييفية، حيث يمكن تعديل خصائصها بقيم مقاومة متفاوتة أو بمكاسب في العينات المحتوية على مواد مؤثرة على العينة، كما أن مقاييس القوة أو مضاعفات الحمض النووي التي تخضع للمراقبة الرقمية تتيح التصفيف المتحكم فيه بالحاسوب لتطبيقات تجهيز الإشارات المتطورة.

أمثلة على التصميم العملي

ويساعد بحث أمثلة محددة على التصميم على توضيح المبادئ والمبادلات التي تنطوي عليها عملية تصميم القوارير.

تصميم فيلم بسيط متخفي

النظر في تصميم مرشح متدني السرعة مع تردد مقطعي من 1 كيلوهرتز لتطبيقات سمعية، وباستخدام تشكيلة من RC، نحتاج إلى اختيار قيم مقاومة وكمية تلبي معادلة الترددات المتقطعة: ف د = 1/(2RC).

ويمكننا، باختيار قيمة مكثف قياسي تبلغ 100 فرنك نانو فلوري (0.1 ميكروو)، حساب المقاومة المطلوبة: R = 1/(2) × 1000 × 100 × 10-9) = 1.59 كيلو متراً. وتبلغ القيمة المقاومية القياسية الأقرب 1.6 كيلو متراً، مما يعطي تردداً مخفضاً يبلغ نحو 995 هرتز - كلوزاً كافياً لمعظم التطبيقات.

وهذا المرشح الأول البسيط يوفر 20 د.ب/ديكيد متجدد فوق تردد الخفض، وفي 10 كيلوهرتز (عقد واحد فوق الخفض)، سيكون الاطراد حوالي 20 درناً، مما يقلل من الإشارة إلى 10 في المائة من قيمة السر، وبالنسبة للطلبات التي تتطلب إطفاء ضغط الدم، سيكون من الضروري وجود مرشح أعلى.

تصميم فيلم نشط ذو سعة منخفضة مع غاين

ولتنفيذ نفس مرشح الكمبيوت المنخفض الذي يبلغ 10 كيلومترات (20 دي بي)، يمكن استخدام طب طبوي من سلين كي، وتستخدم هذه التشكيلة أداة مضخمة غير منحرفة مع شبكة من المنسقين المقيمين تحدد الاستجابة للتواتر.

ويحدّد المكسب مقاومان في شبكة التغذية المرتدة: غاين = 1 + (Rf/R1). وقد نختار مكسبا قدره 10 كيلو مترات = 1 كيلو مترا ورف = 9 كيلو مترات. ويمكن حساب قيم شبكة RC باستخدام معادلة التصميم الخاصة بطب التضاريس سالين - كي ورد المرشح المرغوب فيه (بوتر، تشيبيشيف، وما إلى ذلك).

ويوفر هذا المرشح النشط نفس التردد الذي يقطعه 1 كيلوهرتز على شكل النسخة السلبية، ولكن مع 20 درهم من الأرباح بدلا من التخفيف، كما أنه يوفر أيضاً عجزاً كبيراً في المدخلات وتخلفاً في الإنتاج، مما يجعل من السهل الالتقاء بدوائر أخرى دون تأثيرات تحميل.

فرز الأصوات وإطلاق النار

وتقنيات الاختبار السليم وكشف المشاكل ضرورية للتحقق من أداء المرشات ومن المشاكل التي تُقَيِّم.

قياس الاستجابة لحالات الطوارئ

اختبار التصفية الأساسي هو قياس استجابة التردد كيف تتفاوت مكسب التصفية و المرحلة مع التردد هذا يتطلب مولداً للإشارة قادر على إنتاج موجات حرارة في ترددات مختلفة وجهازاً للمسحوق أو مقياساً للكميات لقياس مدى اتساع الإنتاج

بمسح تواتر المدخلات من أقل بكثير إلى أعلى بكثير من تردد الخفض وتسجيل حجم الناتج في كل تردد، يمكنك تخطيط استجابة الترددات للمرشح، و الترددات المتقطعة تحدث عندما تنخفض النواتج إلى 0.707 (د- 3) من قيمة السر، ويمكن التحقق من معدل السحب بقياس الترددات في الترددات إلى نقطة التوقف.

محلليات الشبكة الحديثة ومحللات الطيف يمكن أن تسيّر هذه العملية بسرعة توليد قطع من التردّدات الكاملة، من المهم التحقق من أنّ المُشتبّه لديه ما يكفي من الترددات ولا يحدّ من أداء المرشّح في الترددات العالية.

المشاكل المشتركة والحلول

ويمكن أن تؤثر عدة مشاكل مشتركة على أداء مرشحين، وعادة ما ينتج التردد غير الصحيح عن القيم المكوّنة الخاطئة أو عن مسائل التسامح المكوّن، ويمكن قياس القيم المكوّنة الفعلية وإعادة حساب التردد المتوقع للقطع أن يحدد هذه المشكلة.

وقد يشير عدم كفاية الترددات في النطاق الترددي إلى أن طلب التصفية منخفض جداً بالنسبة للطلب أو إلى أن العيوب الطفيلية أو العوارض تقدم مسارات إشارات غير مقصودة، ويمكن أن يعالج الإضافات إلى ذلك، أو تحسين التصميم، أو زيادة ترتيب المرشح هذه المسائل.

وفي المرشات النشطة، كثيرا ما ينتج عن التذبذب أو عدم الاستقرار نقص في توزيع إمدادات الطاقة، أو زيادة مفرطة في المكاسب، أو مشاكل في التصميم تؤدي إلى مسارات للتغذية المرتدة، واضافة أجهزة التفكيك القريبة من كل عملية جراحية، أو تقليل المكاسب، أو تحسين تصميم الدوائر، عادة ما يحل هذه المسائل.

ويمكن أن تنشأ مشاكل الانارة في مرشحات نشطة من ضوضاء الانبعاث أو ضوضاء الإمداد بالطاقة أو التدخل الخارجي، إذ يمكن استخدام مصابيح منخفضة الضوضاء، وتحسين تصفية إمدادات الطاقة، وتقنيات الحماية السليمة والرسوم الأرضية أن تقلل من الضوضاء.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا الملفات

وتستمر تكنولوجيا التصوير في التطور، مدفوعة بمطالب تحسين الأداء، وحجم أصغر، وقدرات جديدة.

التكامل والتنميط

ويؤدي تزايد إدماج وظائف مرشحين في النظم على شكل مضغوط إلى خفض حجمها وتكلفتها واستهلاكها من الطاقة، وكثيرا ما تشمل مراكز الاتصال الدولية الحديثة ذات العلامات المختلطــة مرشحات نشطة قابلة للبرمجة إلى جانب محولات متماثلة إلى أرقام، ومضخات، وتجهيز رقمي، مما يتيح سلاسل كاملة لتحديد الاشارات في رقاقة واحدة.

وتتيح تكنولوجيا نظم الرصد الآلي (النظم الميكانيكية الميكانيكية) استخدام مرشحات سلبية صغيرة جداً وذات أداء عال لتطبيقات الترددات الفوقية، وتحقق هذه الأجهزة أداءً يقترب من حجم مرشحات التجويف الكبيرة، بينما تشغل حيزاً أدنى مما يجعلها مثالية للأجهزة المحمولة والتطبيقات الأخرى التي تخضع لضوضاء فضائية.

أجهزة تصوير مصممة على البرمجيات ومثقلة

ويمتد الاتجاه نحو النظم المحددة للبرامجيات إلى التصفير، مع زيادة استخدام مرشحات التناظر القابلة للبرمجة الرقمية وتنفيذات مرشحات رقمية كاملة، وهذه النهج تتيح مرشحات يمكنها التكيف مع المتطلبات المتغيرة، أو دعم المعايير المتعددة، أو تحقيق الأداء الأمثل لظروف محددة.

وتوفّر مرشحات متماثلة قابلة للتداول باستخدام تقنيات المذيبات المبدلة، أو أجهزة مصغّرة قابلة للبرمجة للموصلات التحويلية، أو قيم المكونات الخاضعة للمراقبة الرقمية مرونة في التعامل مع مرشحات رقمية مع الحفاظ على مزايا تجهيز الإشارات المشابهة.

المواد والتكنولوجيات المتقدمة

وتسمح المواد الجديدة وتكنولوجيات التلفيق بتنفيذ عمليات التصفية بتحسين الأداء، إذ تحقق أجهزة التصفيف فوق الصوتي ذات التقلبات العالية التقلبات انخفاضاً شديداً في الخسائر والانتقائية الحادة في الطلب على تطبيقات الترددات الفوقية، وتوفر أجهزة الموجات الصوتية بما فيها أجهزة التصفيح SAW وBAW (الموجات الصوتية) أداء ممتازاً في مجموعات الاتفاقات الخاصة بالاتصالات اللاسلكية.

فالتقدم في تكنولوجيا شبه الموصلات يمكّن من عمليات التخدير ذات الترددات العالية، والضوضاء الأقل، والاستهلاك المنخفض للطاقة، وتوسيع نطاق التطبيقات التي تكون فيها المرشّحات النشطة عملية، كما أن الموصلات شبه المتحركة ذات النطاق الواسع مثل نتاريد الغاليوم تتيح للمرشحين العاملين في الترددات العالية ومستويات الطاقة أكبر مما كان ممكنا في السابق.

الاستنتاج: تصميم المواضع الرئيسية

فهم الاختلافات بين مرشحي الارتداد والنشاط، ومزايا وحدود كل منهما، ومتى يطبق كل نهج أساسي في التصميم الإلكتروني، وتوفر مرشحات المرور بساطة وموثوقية وخدمة عالية للطاقة، واستهلاكا صفريا من الطاقة، مما يجعلها مثالية للأجهزة الإلكترونية، وتطبيقات الترددات، والحالات التي لا تتوفر فيها الطاقة، وتوفر مرشحات نشطة مكاسب، وعزلة ممتازة، وتسهل تكييفها، وتنفيذا عمليا في الأجهزة المتدنية.

ويتطلب تصميم مرشحات ناجحة أكثر من مجرد اختيار التنفيذ السلبي والفعال، فاختيار العناصر، والاعتبارات المتعلقة بالتسامح، ومضاهاة الارتداد، وتصميم إمدادات الطاقة، وتقنيات البناء السليمة، كلها تؤثر تأثيرا كبيرا على الأداء، ففهم نظام الترشيحات، وأنواع الاستجابة، والمبادلات بين مختلف نُهج التصميم، يمكن المهندسين من إيجاد مرشحات تلبي متطلبات محددة من التطبيق.

ومع أن النظم الإلكترونية أصبحت أكثر تعقيداً ومطالبة، فإن أهمية التصفير السليم ما زالت تنمو، وسواء أزالت الضوضاء من القياسات الحساسة، وفصل قنوات الاتصال، وتكييف الإشارات لتجهيزها، أو تشكيل ردود تردد في النظم السمعية، فإن التصفية تظل أدوات لا غنى عنها في مجموعة أدوات مهندسي الإلكترونيات، وبإتقان تقنيات التصفية السلبية والنشطة على حد سواء، يمكن للمصممين أن يخلقوا نظما تحقق الأداء الأمثل والموثوقية وفعالية التكلفة.

وللمزيد من استكشاف تقنيات وتطبيقات تصميم المرشّح، يمكن للموارد مثل أجهزة التناظر ]، ] أدوات تيكساس ]، ، جميع أشكال الدوائر أن تقدم نماذج تطبيقية موسعة وأدوات اختيار ومواد تعليمية.