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 лишь в фиксированной полосе частот при заданном параметре добротности.
Подобные 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.
Рис.1 Схема универсального перестраиваемого фильтра
Расчёт элементов схемы следует производить исходя из простейших формул:
Кпер. = R1/P1;
Q(добротн.) = 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 калькулятор для расчёта этой частоты при фиксированных значениях сопротивления сдвоенного потенциометра Р3 и ёмкости конденсатора С1.
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.
Рис.2 Изменение АЧХ ФВЧ-фильтра в зависимости от добротности
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
Рис.3 Изменение АЧХ полосового фильтра в зависимости от добротности
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.
Рис.4 Зависимость АЧХ режекторного фильтра от добротности
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.
|
