Фільтри Саллена і Кі

На рис. 13.6 наведено приклад простого фільтра, відомого також як фільтр Саллена і Кі, по прізвищах його винахідників. У якості підсилювача застосовується ОП, що включений в режимі повторювача.

 

 

Рисунок 13.6 – Функціональна схема фільтра Саллена і Кі

 

Цей фільтр є двополюсним фільтром ВЧ. Слід відзначити, що такий фільтр міг бути простим двокаскадним фільтром, якщо б перший резистор не був би з’єднаний з виходом. Легко показати, що на дуже низьких частотах нахил АЧХ такий самий, як RC фільтра, оскільки вихідний сигнал практично дорівнює нулю. Зростання вихідного сигналу при збільшені його частоти призводить до зменшення послаблення в результаті дії цього стежного зв’язку, і за рахунок цього злам АЧХ стає більш різким.

Фільтри на джерелах напруги керовані напругою (ДНКН)

Активні фільтри на ДНКН, це варіант фільтра Саллена і Кі, але в цьому випадку повторювач напруги замінено неінвертуючим підсилювачем, коефіцієнт підсилення якого більше за 1. Достатній набір різних RC–ланок, побудованих на основі ДНКН, дозволяє об’єднати їх в одне ціле з необхідною характеристикою, близькою до апроксимуючої функції, не піклуючись про їх взаємний вплив.

На рис. 13.7 (а, б, в) наведені варіанти схем, що реалізують фільтри НЧ, ВЧ і смуговий фільтр.

Смуговий фільтр утворюється як комбінація фільтрів НЧ і ВЧ. Ці двополюсні фільтри можуть бути фільтрами Баттерворта, Бесселя і іншими за рахунок відповідного підбору параметрів елементів. Будь–яке число двополюсних секцій може бути з’єднано каскадно для утворення фільтрів високого порядку. Кожна секція відповідає квадратичному співмножнику полінома степені n, що дає опис фільтра у цілому.

У фільтрах на ДНКН використовується мінімальна кількість елементів (один ОП на два полюси характеристики), при цьому вони дають додатковий виграш у вигляді неінвертувального коефіцієнта підсилення, низького вихідного опору, малого розкиду параметрів, зручності зміни коефіцієнта підсилення і спроможності роботи при великому коефіцієнті підсилення або малому згасанні. Їх недолік – велика чутливість до зміни параметрів елементів і коефіцієнта підсилення ОП, окрім цього вони не можуть бути застосовані для побудови фільтрів, що перестроюються.

 

Рисунок 13.7 – Функціональні схеми активних фільтрів НЧ (а), ВЧ (б) і смугового (в)
на ДНКН

 

13.6 Проектування фільтрів на джерелах напруги керованих напругою

Для проектування n–полюсних фільтрів (при парному n) необхідно з’єднати секцій на ДНКН. Тому розрахунки ведуться тільки для фільтрів парного порядку. В кожній секції і . Як і звичайно в схемах на ОП, значення R вибираються в діапазоні від 10 до 100 кОм. Резисторів з малим номіналом краще уникати оскільки вихідний опір ОП додається до опору резистора, вносячи помилку у розрахунки. Розрахунки ведуться з використанням даних табл. 13.1.

Розраховуючи фільтр Баттерворта, необхідно мати на увазі, що усі секції мають однакові значення R i C, які визначаються відношенням де – частота зрізу фільтра (–3 дБ). Щоб побудувати, наприклад, 6–полюсний фільтр Баттерворта НЧ, необхідно з’єднати три наведені вище секції з коефіцієнтами підсилення, рівними відповідно 1,068, 1,586 та 2,483 (бажано у вказаному порядку, щоб запобігти проблем з динамічним діапазоном) і підбираючи ідентичні для усіх секцій значення R i C встановлюємо точку, що відповідає частоті . Наприклад,