Универсальный перестраиваемый активный фильтр с регулировкой
частоты и добротности.

Полосовой фильтр, режекторный фильтр, фильтр нижних (ФНЧ) и верхних частот
(ФВЧ) в одном флаконе.

Хорошо, когда всё хорошо, и от фильтра требуется стабильная работа на фиксированной частоте при заданном параметре добротности. Такие схемотехнические решения мы подробно рассмотрели на предыдущей странице.
Иногда, однако, возникает необходимость построения такой схемы, в которой резонансную частоту, добротность и коэффициент передачи было бы можно настраивать независимо друг от друга. А если в качестве бонуса возникает возможность придавать полученному изделию АЧХ различных типов фильтров, то тут уже, как говорится, не устройство, а - сам себе и швец, и жнец, и в дуду игрец.

На Рис.1 приведена схема фильтра, удовлетворяющая этим требованиям. Важной особенностью схемы является то, что она в зависимости от того, какой выход используется, работает одновременно как селективный (полосовой), заграждающий (режекторный), фильтр нижних частот и фильтр верхних частот.
Универсальный перестраиваемый фильтр
Рис.1

Расчёт элементов схемы следует производить исходя из простейших формул:
Кпередачи = R1/P1 ;   Q(добротность) = P2/R2 ;   F(частота) = 1/(2*π*P3*C1) .

Частота среза/резонанса/режекции рассчитывается точно так же, как у простейших RC фильтров первого порядка. Для удобства перенесу сюда таблицу для расчёта этой частоты при фиксированных значениях сопротивления сдвоенного потенциометра Р3 и ёмкости конденсатора С1.


   Сопротивление резистора P3   
     
   Ёмкость конденсатора С1   
     
  
  Частота среза фильтра          


Теоретически, параметр добротности, при котором сохраняется устойчивость схемы без срыва в генерацию, может достигать 100. Однако повышение значения этого параметра выше единицы скорее важны для полосового и режекторного фильтров. У ФНЧ и ФВЧ при Q>1 изменяется форма АЧХ и они начинают приобретать свойства полосовых фильтров.
Продемонстрирую это утверждение диаграммами.

Универсальный регулируемый фильтр

Универсальный регулируемый фильтр

Рис.2

На Рис.2 сверху приведена АЧХ фильтра верхних частот с частотой среза 1кГц и добротностью, равной единице. Крутизна спада АЧХ этого фильтра в полосе подавления составляет - около 12 дБ/октаву, что эквивалентно фильтру Баттерворта 2-го порядка.
На Рис.2 снизу приведена АЧХ того же фильтра с добротностью, равной 10. Как можно увидеть, наряду с увеличением крутизны спада АЧХ, сама АЧХ напоминает нечто среднее между ФВЧ и ПФ.

И для сравнения на Рис.3 приведу АЧХ полосового фильтра при тех же самых значениях добротности

Универсальный регулируемый фильтр

Универсальный регулируемый фильтр

Рис.3

Ну вот, совсем другой коленкор! То, что доктор прописал, причём, для режекторного фильтра - картина будет несколько иной. На Рис.4 рассмотрим АЧХ РФ при тех же значениях добротности.

Универсальный регулируемый фильтр

Универсальный регулируемый фильтр

Рис.4

Здесь при увеличении параметра добротности, наряду с сужением полосы подавления, наблюдается и отчётливое снижение глубины режекции.

Вот такой он, северный олень - этот универсальный активный фильтр с регулировкой частоты и добротности.

На самом деле, данное схемотехническое решение является основой различных промышленных ИМС - программируемых универсальных фильтров. Они представляют собой устройства различных видов АЧХ и порядков (вплоть до 8-го), реализуемых за счёт последовательного включения каскадов, подобных описанному фильтру 2-го порядка.
Естественным образом, регулировка параметров ИМС ведётся не посредством вульгарного кручения переменных резисторов, а методом, основанном на периодической коммутации частотозадающих конденсаторов КМОП ключами и называемом в миру - методом коммутируемых (переключаемых) конденсаторов.
Но это уже другая песня и её мы исполним в другом гала-концерте, а на следующей странице перейдём к расчёту LC - фильтров.




 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved