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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива Человеческие эмбрионы созданы искусственно 28.06.2023 Созданные эмбрионы лишены сердечных и мозговых структур, но включают клетки, ответственные за формирование плаценты, желточного мешка и самого эмбриона. Научные эксперты разработали синтетические эмбрионы человека, используя стволовые клетки. Это значительное достижение открывает новые перспективы без использования яйцеклеток и спермы. Исследователи утверждают, что эти модели эмбриональных структур, имитирующие ранние стадии человеческого развития, помогут расширить наши знания о генетических расстройствах и биологических причинах повторных выкидышей. Хотя эти структуры не обладают биением сердца или развитым мозгом, они включают клетки, обычно отвечающие за формирование плаценты, желточного мешка и самого эмбриона. Однако это открытие вызывает значительные этические и юридические вопросы, поскольку эти созданные эмбрионы не подпадают под существующие законы большинства стран мира. В настоящее время не предполагается использование синтетических эмбрионов в клинической практике. Пересадка их в утробу пациентов является незаконной, а также неизвестно, способны ли эти структуры продолжать свое развитие. "Идея заключается в том, что если мы сможем достоверно моделировать нормальное эмбриональное развитие человека с использованием стволовых клеток, мы сможем получить значительное количество информации о начальном стадии нашего развития и возможных нарушениях. При этом мы не будем использовать ранние эмбрионы в качестве объектов исследования", - объяснила профессор Робин Ловелл-Бедж, руководитель отдела биологии стволовых клеток и генетики развития в Институте Френсиса Крика в Лондоне.

Другие интересные новости:

▪ Шампанское для астронавтов

▪ Компактный переносной холодильник на солнечных батареях

▪ Кибервойска США растут

▪ Динамические головки с применением бамбука и аналога опала

▪ Многоуровневая магнитная запись на основе скирмионов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Шпионские штучки. Подборка статей

▪ статья Социальная психология. Конспект лекций

▪ статья Какое значение в спортивном мире имеет Уимблдон? Подробный ответ

▪ статья Вахта трехлистная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Смешанное подключение акустики к усилителю с двумя мостовыми выходами каналов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Монета из-под платка попадает в карман. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026