Полосовой фильтр на инверторах КМОП. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Активные полосовые фильтры в сравнении с пассивными имеют существенные преимущества, особенно на низкой частоте, поскольку позволяют отказаться от катушек, имеющих в этой частотной области большие габариты, да и по многим другим характеристикам далеких от идеальных. Высокой устойчивостью и стабильностью обладает активный биквадратный фильтр, позволяющий в режиме полосового фильтра получать значение добротности, превышающее 100. Типовая схема такого фильтра, построенного на операционных усилителях, показана на рис. 1.

В биквадратном фильтре суммирующий интегратор вычитает из входного выходное напряжение фильтра нижних частот (они сдвинуты по фазе на 180 град.)- На частоте, находящейся ниже переходного участка, эти сигналы взаимно компенсируются и выходной сигнал значительно ослаблен. Когда она, увеличиваясь, выходит на переходной участок, уменьшающийся выходной сигнал интегратора уже не компенсирует входной, поэтому на выходе фильтра уровень сигнала возрастает. При дальнейшем увеличении частоты спад частотной характеристики интегратора обеспечивает ослабление выходного сигнала и завершает формирование частотной характеристики полосового фильтра.

Недостаток биквадратного фильтра - повышенное число активных элементов. Перспективным в этих условиях можно считать применение в качестве активных элементов инверторов КМОП, которые могут работать в линейном режиме и имеют перед операционными усилителями ряд преимуществ, например, отсутствие склонности к самовозбуждению, повышенная рабочая частота. Да и стоимость, как правило, оказывается ниже.

Из недостатков рассмотренных активных элементов отметим их небольшое усиление (30...50 дБ). Однако, учитывая, что биквадратные фильтры не предъявляют высоких требований к усилению, этот недостаток - не препятствие для применения инверторов КМОП в качестве активных элементов.

Одна из наиболее распространенных микросхем структуры КМОП - К561ЛН2 - содержит в одном корпусе шесть инверторов, что позволяет построить полосовой фильтр четвертого порядка. Схема подобного фильтра, полученная каскадным соединением двух фильтров второго порядка, изображен на рис. 2.

Легко видеть, что оба фильтра второго порядка идентичны и по структуре аналогичны типовому фильтру на ОУ (см. рис. 1). В фильтре предусмотрены два выхода, сигналы на которых противофазны.

Ток, потребляемый фильтром, устанавливают подборкой резистора R13. При этом напряжение питания может изменяться в пределах 5...15 В. При уменьшении тока питания увеличивается усиление активных элементов фильтра, но ухудшаются их частотные свойства и увеличивается выходное сопротивление. Оптимальным следует считать потребляемый ток в пределах 0,5...2мА.

При указанных на схеме номиналах фильтр имеет центральную частоту fo=1000 Гц, полосу пропускания Δf=100 Гц, коэффициент передачи Кп=10. Для других параметров фильтр можно рассчитать по следующей методике.

Положим для входного звена С2=C3=С и R3=R4=R5=R. Рассчитаем R, R1 и R2: R=1/(2πf0∙C); R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C); Q=f0/Δf', где Δf'=Δf/v2-n, где Q - добротность фильтра; n - число каскадно соединенных звеньев второго порядка.

Фильтр допускает независимую подстройку параметров, если она необходима. Так, центральную частоту fo входного звена можно корректировать подборкой резистора R3, добротность Q - R2, коэффициент передачи Кп - R1.

Рабочая частота фильтра, построенного на инверторах микросхемы К561ЛН2, может достигать сотен килогерц. Применение аналогичных микросхем серий КР1564, 74АС, 74НС позволит увеличить рабочую частоту в 10...15 раз.

Одна из особенностей рассмотренного фильтра состоит в том, что ширина полосы пропускания при изменении центральной частоты остается неизменной. Кроме этого, при R1=R3 коэффициент усиления звена определяется отношением R2/R1. Входное сопротивление звена - более сопротивления резистора R1, выходное - 10... 15 кОм. Конечное усиление активных элементов может привести к некоторому увеличению добротности по сравнению с расчетным значением.

Результаты макетирования подтвердили простоту регулирования фильтра, хорошее соответствие реальных характеристик расчетным и их высокую стабильность.

Литература

Фолкенбери Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС (пер. с англ.). - М. Мир, 1986, 598 с.

Автор: Д.Онышко, г.Новочеркасск Ростовской обл.

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Вакуумные жесткие диски 26.08.2018 Инженеры L2 рассказали о пользе откачки воздуха из области между магнитными пластинами жестких дисков: создание вакуума в герметичной зоне устройства позволит добиться упрощения процесса изготовления, а также существенного повышения вместительности накопителя. Специалисты технологического стартапа L2 из США предложили решение, применение которого в производстве накопителей на жестких магнитных дисках обещает мини-революцию в отрасли. Инженеры полагают, что отказ от заполнения блока с магнитными пластинами газом в пользу вакуума позволит упростить производство и увеличить емкость жестких дисков более чем на 35% при так называемой перпендикулярной записи. По словам технического директора L2 Питера Гоглия (Peter Goglia), в вакууме магнитные пластины не будут подвержены действию коррозии, что благоприятно скажется на долговечности изделия. Кроме того, это позволит отказаться от применения смазочных материалов, а также нанесения специального карбонового покрытия на головки и пластины на этапе изготовления. Данные изменения позволят значительно упростить технологический процесс. Кроме того, полная откачка газов позволит уменьшить расстояние между головками и магнитными пластинами до 3-4 нм, в результате чего можно будет увеличить плотность размещения дорожек и, как итог, добиться роста максимальной вместительности накопителя, а также более эффективного применения технологий HAMR (Heat-assisted magnetic recording - "термомагнитная запись") и MAMR (Microwave-assisted magnetic recording - "микроволновая запись").

Другие интересные новости:

▪ Недорогие алюминиевые проводники для внутричиповой обвязки кристаллов

▪ Создание новых материалов с помощью молекулярно-лучевой технологии

▪ Новейшие микропроцессоры AM389x Sitara ARM

▪ Серийный электромобиль Volkswagen ID.3

▪ Обнаружена взаимосвязь между климатом и уровнем преступности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Бернар Ле Бовье де Фонтенель. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как дерево превращается в пиломатериалы? Подробный ответ

▪ статья Педали вместо весел. Личный транспорт

▪ статья Автомат отключения телевизора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья CW-SSB-трансивер прямого преобразования на 10 метров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026