Универсальные фильтры

Полосовой фильтр с параллельной ОС

Расчет фильтров

Компоненты схем фильтров

Для обеспечения высокого качества работы активных фильтров в их схеме следует использовать компоненты, параметры которых имеют малый разброс сопротивления и конденсаторы должны иметь малые температурные коэффициенты и малый временной дрейф параметров:

Конденсаторы с допуском ±5%;

Резисторы с допуском ±2%.

Для фильтров более высоких порядков соответственно ±2% и ±1%.

В схемах с активными фильтрами лучше использовать МЛТ (металлопленочные) резисторы с низким уровнем шума и ТКС, конденсаторы полиэстероловые, слюдяные и высококачественные керамические.

Коэффициенты для фильтров 2-го порядка:

Тип фильтра	α	β
Баттерворта	1,414	1,000
Бесселя	1,732	0,875
Чебышева	0,5 дБ	1,578	1,390
1 дБ	1,059	1,218
2 дБ	0,860	1,074
3 дБ	0,766	1,000

β используется для унификации формул.

фильтр Баттерворта (ФНЧ)

f

Ku 0.7

Ku 0.7

f

Чебышева (ФНЧ)

f3дБ fсреза

f3дБ

Расчет ФНЧ (на примере фильтра Баттерворта 2-го порядка).

Дано:

Расчет:

Расчет ФВЧ (на примере фильтра Бесселя 2-го порядка).

Дано:

Расчет:

Расчет ФНЧ с равными компонентами (на примере фильтра Чебышева 0,5дБ 2-го порядка).

Дано:

Расчет:

Расчет ФВЧ с равными компонентами (на примере фильтра Бесселя).

Дано:

Расчет:

Настройка: оба фильтра (верхних и нижних частот) Салена и Кея настраиваются следующим образом:

1. Величина устанавливается совместным изменением и или и.
2. Величина устанавливается изменением.

Схема может содержать резистор (регулируемый коэффициент передачи). Если резистор в схеме отсутствует -

коэффициент передачи нерегулируемый. Часть характеристики, соответствующая фильтру пропускания нижних частот, формируется с помощью цепи, а часть, соответствующая фильтру пропускания верхних частот, - с помощью цепи. Такая обратная связь обеспечивает положение максимума характеристики вблизи частоты.

Для этого фильтра добротность, R4=R3

Расчет фильтра с параллельной обратной связью и нерегулируемым

Дано:

Расчет:

Расчет фильтра с параллельной обратной связью и регулируемым

Дано:

Расчет:

Настройка:

1. f_o устанавливается с помощью одновременного изменения С₁, С₂ или R₁, R₃;

2. Q устанавливается с помощью изменения величины R₃/R₁ причем R₁·R₃=const;

3. коэффициент передачи Кп в полосе пропускания устанавливается с помощью R₂.

Недостатки: слишком высокая чувствительность.

Могут быть с регулируемым и нерегулируемым коэффициентом усиления.

С нерегулируемым коэффициентом усиления:

∫

∫

α

- - +

Uвх

ВЧ

НЧ

ПФ

ФНЧ

ПФ

ФВЧ

f

Кп

Схема может действовать одновременно как ФВЧ, ПФ и НЧ. Фильтры второго порядка ФВЧ и ФНЧ формируются одновременно, поэтому АЧХ могут быть только одного типа, а ПФ может не оптимальным (рассчитывается отдельно). Фильтр имеет высокую стабильность, низкую чувствительность Q и α, а настройка f и Q мало влияют друг на друга (Q может достигать 100).

Формирование АЧХ-фильтров:

Два соединенных последовательно интегратора обеспечивают формирование характеристики ФНЧ 2-го порядка. Подавая выходное напряжение 1-го интегратора (с настраиваемым коэф. передачи в цепи ОС { α=1 }) обратно на вход сумматора и складывая его с входным напряжением всей схемы можно осуществить регулировку частотной характеристики вблизи частоты среза. Выходом ФНЧ является выход 2-го интегратора.

Характеристика ФВЧ формируется посредством суммирования взятых в противофазе входного сигнала и сигнала с выхода ФНЧ. На частотах от нулевой до f среза выходной сигнал ФНЧ исчезает, что дает возможность входному сигналу беспрепятственно проходить через сумматор на выход ФВЧ.

Сигнал на выходе ПФ можно рассматривать как интеграл от суммы выходных сигналов ФНЧ и ФВЧ. Ослабление сигнала на выходе ФВЧ уменьшается, когда частота приближается к f среза, а интегрирование обеспечивает ослабление на частотах выше f среза.

Т.к. f среза одинаково для обоих интеграторов, сигнал на выходе ПФ не равен нулю только в случае, когда АЧХ ФНЧ и ФВЧ перекрываются.

Универсальный фильтр легко превратить в фильтр-пробку, просуммировав противофазные сигналы ФНЧ и ФВЧ.