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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Жидкое топливо из полиэтилена 04.02.2022 Полиэтилен - это самый часто встречающий пластик на Земли. Каждый год его производится более 100 тонн. Проблема в том, что это невероятно инертный материал, который практически ни с чем не вступает в реакцию, а потому в естественных условиях не разлагается. Чжен Хуань, химик из Китайской академии наук, сумел добиться разложения полиэтилена при температуре 150 градусов по Цельсию путем добавления органометаллического катализатора, маленькой, коммерчески доступной органической молекулы с содержанием иридия. Катализатор ослабляет связи, ответственные за прочную структуру полиэтилена, ускоряя его разложение и превращая в жидкий продукт. "Полученные продукты гораздо чище, чем обычные, полученные в результате сожжения", - говорит Хуань, а также добавляет, что реакцию легче контролировать, а жидкость можно использовать в качестве топлива. Пока процесс был продемонстрирован на небольших образцах пластиковых пакетов, бутылок и пищевых упаковок. Теперь перед учеными стоят две проблемы: во-первых, увеличить производство и попробовать вывести новый метод на промышленный уровень, и, во-вторых, заменить иридий - редкий и драгоценный платиновый металл - чем-то подешевле, хотя тут возможна проблема, так как металлические катализаторы благодаря их специфике просто так заменить нельзя. Но китайские химики сохраняют оптимизм и уверяют, что скоро смогут производить новые материал литрами и даже тоннами.

Другие интересные новости:

▪ Материал с поглощением света 99,7%

▪ Шестиядерные процессоры Intel Core i7-3960Х Extreme Edition и Intel Core i7-3930K

▪ Влагозащищенный электросамокат Predator Extreme PES017

▪ Голографический дисплей для мобильных устройств

▪ Оригами помогает вырабатывать электричество

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана труда. Подборка статей

▪ статья Власть тьмы. Крылатое выражение

▪ статья Сколько жен было у Генриха VIII? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела производства рекламы. Должностная инструкция

▪ статья Запоминающий музыкальный звонок на PIC16F84. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Фильтры керамические. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025