수동필터 능동필터 차이점? (수동소자, 능동소자)

안녕하세요

필터는 원하는 신호 또는 전원 공급 장치에서 원하지 않는

전기 신호 또는 노이즈를 제거하도록 설계된 회로 개념입니다.

오늘은 수동필터와 능동필터에 대해서 공부해보고 정리해보겠습니다.

 

수동필터와 능동필터를 알아보기 전 수동소자와 능동소자란?

*수동소자

공급된 전력을 소비 또는 방출하는 소자

ex) 인덕터, 저항, 커패시터 등

 

*능동소자

작은 신호를 넣어 큰 출력 신호로 변화시킬 수 있는 소자

ex) 진공관, OP AMP, 다이오드, 트랜지스터 등

 

 

 

Passive Filter (수동필터)

수동필터는 저항 R, 인덕터 L, 커패시터 C로만 구성된 필터를 말합니다

수동소자 사용에 따라 RC필터와 LC필터로 나눌 수 있습니다.

수동필터가 얻을 수 있는 출력의 가장 큰 진폭은 보통 1이며

임피던스를 전원과 직렬로 연결하거나 부하를 병렬로 연결할 경우 그 진폭은 감소합니다.

수동필터에서 유일하게 출력을 증폭시킬 수 있는 필터는 직렬 RLC 공진회로이며

그 외에는 전부 출력의 진폭을 감소하게 됩니다.

주로 고주파용(1MHZ)이며 동작주파수 제한을 받지 않고 소비전력이 큰 반면에 가격이 저렴한 편입니다.

주파수 특성 또한 안정된 편입니다.

 

1. Passive LPF

Passive LPF

2. Passive HPF

Passive HPF

3. Passive BPF

Passive BPF

Active Filter (능동필터)

능동필터란 능동소자와 C,R에 의해 구성된 필터 회로를 말합니다

주로 OP amp를 사용하여 저주파(10KHz정도 이하) 영역에서 널리 사용되고

비교적 넓은 주파수 범위에서 이득 조정이 쉽습니다.

본래의 필터회로 (LC, L의 값이 큼)에서 인덕터의 크기가 크고 특성이 비이상적이어서 이를 대신하도록 한 것입니다.

 

장점

높은 전압이득

높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스

 

단점

DC전압 필요

OP amp의 주파수 응답에 따라 고주파 사용 제한

 

1. Active LPF

Active LPF

2. Active HPF

3. Active BPF

두 필터를 한 표로 정리해보자면,

Basic for Comparison	수동 필터 (Passive Filter)	능동필터 (Active Filter)
구성	수동소자 (저항, 인덕터, 커패시터)	능동소자 (OP amp, 트랜지스터)
비용	상대적으로 저렴하다	비싸다
회로 복잡도	비교적 덜 복잡하다	복잡하다
무게	인덕터의 크기때문에 부피가 크다	작다
Q factor	매우 작다	높다
외부 전원 공급	불필요	필요
민감도	덜 민감	더 민감

 

능동필터를 사용하는 가장 중요한 이유?

연산증폭기 필터 통과시 신호가 감쇄되지 않도록 높은 이득을 제공하고

높은 입력 임피던스로 신호원 과부하 막아주며

낮은 출력 임피던스를 가지고 있습니다.

응답 특성 변동 없이 넓은 주파수 범위 조정 쉽습니다.

 

필터에 동력을 공급하는 증폭기를 사용해 필터의 반응을 형성할 수 있습니다.

예를 들어, 필터는 Pass band에서 Stop band로 얼마나 빨리 얼마나 가파르게 이동하는지 알 수 있습니다.

(이러한 동작을 수동필터에 하기 위해서는 주변 전자기 신호를 잡을 수 있어야 하고 물리적으로 큰 인덕터가 필요)

 

또한 필터에 동력을 공급하는 증폭기가 필터 구동 전자부품에서 필터를 완충하는데 사용될 수 있습니다.

그리고 필터 동작에 영향을 주지 않기 위해 필요한 경우가 많습니다.

 

 

 

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