При работа с електрически сигнали често е необходимо да се изолира една честота или честотна лента от тях (например да се разделят шумът и полезните сигнали). За това разделяне се използват електрически филтри. Активните филтри, за разлика от пасивните, включват операционен усилвател (или други активни елементи, като транзистори, вакуумни тръби) и имат редица предимства. Те осигуряват по-добро разделяне на лентите на пропускане и затихване, сравнително лесно е да се регулира неравномерността на честотната характеристика в областите на пропускане и затихване. Освен това индукторите обикновено не се използват в активни филтърни вериги. В активните филтърни вериги честотните характеристики се определят от честотно зависими обратни връзки.
Нискочестотен филтър
Схемата на нискочестотния филтър е показана на фиг. 12.
Ориз. 12. Активен нискочестотен филтър.
Коефициентът на усилване на такъв филтър може да се запише като
,
(5)
И 
. (6)
При ДА СЕ 0 >>1
Коефициент на предаване 
в (5) се оказва същата като тази на пасивен филтър от втори ред, съдържащ и трите елемента ( Р,
Л,
° С) (фиг. 13), за които:
Ориз. 14. АЧХ и фазова характеристика на активен нискочестотен филтър за различниQ .
Ако Р 1 = Р 3 = Р И ° С 2 = ° С 4 = В(на фиг. 12), тогава коефициентът на пренос може да се запише като
Амплитудна и фазово-честотна характеристика на активен нискочестотен филтър за различни Q-фактори Qпоказано на фиг. 14 (параметрите на електрическата верига са избрани така, че ω 0 = 200 rad/s). От фигурата се вижда, че с увеличаване Q
Активният нискочестотен филтър от първи ред се реализира от схемата на фиг. 15.
Ориз. 15. Активен нискочестотен филтър от първи ред.
Усилването на филтъра е
.
Пасивният аналог на този филтър е показан на фиг. 16.
Сравнявайки тези коефициенти на предаване, виждаме, че за същите времеви константи τ’ 2 И τ модулът на усилване на активния филтър от първи ред ще бъде вътре ДА СЕ 0 пъти повече от пасивния.
Ориз. 17.Simulink- модел на активен филтър за ниски честоти.
Можете да проучите честотната характеристика и фазовата характеристика на разглеждания активен филтър, например в Simulink, използвайки функционален блок за прехвърляне. За параметрите на електрическата верига ДА СЕ Р = 1, ω 0 = 200 rad/s и Q = 10 Simulink-моделът с трансферен функционален блок ще изглежда както е показано на фиг. 17. Честотната характеристика и фазовата характеристика могат да бъдат получени с помощта на LTI- зрител. Но в този случай е по-лесно да използвате командата MATLAB честоти. По-долу е даден списък за получаване на графиките на честотната характеристика и фазовата характеристика.
w0=2e2; %естествена честота
Q=10; % качествен фактор
w=0:1:400; % честотна лента
b=; % вектор числител на трансферната функция:
а=; % вектор на знаменателя на трансферната функция:
freqs(b,a,w); %изчисляване и конструиране на АЧХ и ФА
Амплитудно-честотните характеристики на активния нискочестотен филтър (за τ = 1s и ДА СЕ 0 = 1000) са показани на фиг.18. От фигурата се вижда, че с увеличаване Qпроявява се резонансният характер на амплитудно-честотната характеристика.
Нека изградим модел на нискочестотен филтър SimPowerSystems, използвайки оп-усилвателния блок, който създадохме ( оперативенусилвател), както е показано на фигура 19. Блокът на операционния усилвател е нелинеен, така че настройките симулация/ КонфигурацияПараметриSimulinkза да увеличите скоростта на изчисление, трябва да използвате методи ode23tbили ode15s. Също така е необходимо да изберете разумно времевата стъпка.
Ориз. 18. Честотна характеристика и фазова характеристика на активен нискочестотен филтър (заτ = 1в).
Позволявам Р 1 = Р 3 = Р 6 = 100 ома, Р 5 = 190 ома, ° С 2 = ° С 4 \u003d 5 * 10 -5 F. За случая, когато честотата на източника съвпада с естествената честота на системата ω 0 , сигналът на изхода на филтъра достига максималната си амплитуда (показана на фиг. 20). Сигналът представлява стабилно принудително трептене с честотата на източника. Графиката ясно показва преходния процес, причинен от включването на веригата в момента T= 0. Графиката също така показва отклонения на сигнала от синусоидалната форма близо до екстремумите. На фиг. 21. показва увеличена част от предишната графика. Тези отклонения могат да се обяснят с насищането на оп-усилвателя (максималните допустими стойности на напрежението на изхода на оп-усилвателя са ± 15 V). Очевидно е, че с увеличаване на амплитудата на изходния сигнал, зоната на изкривяване на сигнала на изхода също се увеличава.
Ориз. 19. Модел на активния нискочестотен филтър вSimPowerSystems.
Ориз. 20. Сигналът на изхода на активния нискочестотен филтър.
Ориз. 21. Фрагмент от сигнала на изхода на активния нискочестотен филтър.
Предложените схеми са предназначени точно за такива случаи. Повечето от тях са разработени по желание на работниците. Следователно, между другото, има малко чертежи на печатни платки - това е чисто индивидуален въпрос, зависи от детайлите и оформлението като цяло. Но много зависи от дъската, включително броя на рейковете, върху които радиолюбителят ще стъпи при повторение, така че всички допълнения са добре дошли. Засега проектирам дъски само за лична употреба, нямам време за всичко ...
По време на разработката бяха поставени две условия:
- преминете само с 12-волтово еднополярно захранване, за да не се забърквате с производството на преобразуватели и да не се изкачвате вътре в усилвателя за повишено напрежение
- схемата трябва да е изключително проста и да не изисква специална квалификация за повторение
Първата схема е предназначена за най-простите инсталации. Следователно характеристиките му далеч не са идеални, но възможностите са напълно достатъчни. Голям диапазон на настройка на граничната честота позволява събуферът да се използва с почти всяка акустична система. Ако радиото няма линейни изходи - няма значение. Веригата може да работи и от изходите на високоговорителите на радиото. За да направите това, трябва само да увеличите съпротивлението на резисторите R1, R2 до 33 ... 100 kOhm.
Списък на радио елементи
| Обозначаване | Тип | Деноминация | Количество | Забележка | Магазин | Моят бележник |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | биполярен транзистор | КТ3102 | 1 | BC546 | Към бележника | |
| C1 | 1uF 10V | 1 | Към бележника | |||
| C2 | Кондензатор | 100 nF | 1 | Към бележника | ||
| C3 | Кондензатор | 68 nF | 1 | Към бележника | ||
| C4 | Кондензатор | 33 nF | 1 | Към бележника | ||
| C5 | електролитен кондензатор | 100uF 16V | 1 | Към бележника | ||
| C6 | електролитен кондензатор | 100uF 10V | 1 | Към бележника | ||
| VR1 | Променлив резистор | 100 kOhm | 1 | Двойна | Към бележника | |
| R1-R5 | Резистор | 10 kOhm | 5 | Към бележника | ||
| R6 | Резистор | 200 kOhm | 1 | Към бележника | ||
| R7 | Резистор | 240 kOhm | 1 |
Добър ден, скъпи читатели! Днес ще говорим за сглобяването на прост нискочестотен филтър. Но въпреки своята простота, качеството на филтъра не е по-ниско от магазините. Така че да започваме!
Основни характеристики на филтъра
- Честота на срязване 300Hz, по-високите честоти се прекъсват;
- Захранващо напрежение 9-30 волта;
- Консумира 7 mA филтър.
Схема
Филтърната верига е показана на следната фигура:
Списък с части:
- DD1-BA4558;
- VD1 - D814B;
- C1, C2 - 10 uF;
- C3 - 0,033 uF;
- C4 - 220 nf;
- C5 - 100 nf;
- C6 - 100 uF;
- C7 - 10 uF;
- C8 - 100 nf;
- R1, R2 - 15 kOhm;
- R3, R4 - 100 kOhm;
- R5 - 47 kOhm;
- R6, R7 - 10 kOhm;
- R8 - 1 kOhm;
- R9 - 100 kOhm - променлив;
- R10 - 100 kOhm;
- R11 - 2 kOhm.
Изработка на нискочестотен филтър
Блок за стабилизиране на напрежението е монтиран на резистор R11, кондензатор C6 и ценеров диод VD1.
Ако захранващото напрежение е по-малко от 15 волта, тогава R11 трябва да се изключи.
На компонентите R1, R2, C1, C2 се сглобява суматор на входни сигнали.
Може да се изключи, ако входът е моно сигнал. В този случай източникът на сигнал трябва да бъде свързан директно към втория контакт на микросхемата.
DD1.1 усилва входния сигнал, а самият филтър се сглобява директно на DD1.2.
Кондензатор C7 филтрира изходния сигнал, контрол на звука е реализиран на R9, R10, C8, той също може да бъде изключен и сигналът да бъде премахнат от отрицателния крак на C7.
Разбрахме веригата, сега нека да преминем към производството на печатна платка. За да направите това, имаме нужда от фибростъкло с размери 2x4 cm.
Файл на борда на нискочестотен филтър:
(изтегляния: 420)
Шлифоваме до блясък с финозърнеста шкурка, обезмасляваме повърхността с алкохол. Отпечатваме този чертеж, прехвърляме го върху текстолита по метода LUT.
Ако е необходимо, завършете пистите с лак.
Сега трябва да подготвите разтвор за ецване: разтворете 1 част лимонена киселина в три части водороден прекис (съотношение 1: 3, съответно). Добавяме щипка сол към разтвора, тя е катализатор и не участва в процеса на ецване.
Потопете дъската в приготвения разтвор. Изчакваме разтварянето на излишната мед от повърхността му. В края на процеса на ецване изваждаме нашата дъска, изплакваме я с течаща вода и премахваме тонера с ацетон.
Запоете компонентите, като се фокусирате върху тази снимка:
В първата версия на чертежа не направих дупка за R4, така че го запоих отдолу, този недостатък е елиминиран в документа за изтегляне.
На обратната страна на дъската трябва да запоите джъмпера:
» означава активен нискочестотен филтър. Това е особено полезно при разширяване на стерео звукова система към допълнителен високоговорител, който възпроизвежда само най-ниските честоти. Този проект се състои от активен филтър от втори ред с регулируема гранична честота от 50 - 250 Hz, входен усилвател с контрол на усилването (0,5 - 1,5) и изходни етапи.
Дизайнът позволява директна връзка към мостов усилвател, тъй като сигналите са на 180 градуса извън фазата един спрямо друг. Благодарение на вграденото захранване, стабилизатор на платката, е възможно филтърът да се захранва със симетрично напрежение от усилватели на мощност - обикновено биполярно 20 - 70 V. Нискочестотният филтър е идеален за работа с промишлени и самоделни усилватели и предусилватели.
Принципна диаграма на LPF
Филтърната верига за субуфера е показана на фигурата. Работи на базата на два операционни усилвателя U1-U2 (NE5532). Първият от тях отговаря за сумирането и филтрирането на сигнала, докато вторият осигурява неговото кеширане.
Принципна схема на нискочестотния филтър към субуфера
Стерео входният сигнал се подава към конектора GP1 и след това чрез кондензатори C1 (470nF) и C2 (470nF), резистори R3 (100k) и R4 (100k) влиза в инвертиращия вход на усилвателя U1A. Този елемент реализира суматор на сигнали с регулируемо усилване, сглобен по класическата схема. Резистор R6 (27k) заедно с P1 (50k) ви позволяват да регулирате усилването в диапазона от 0,5 до 1,5, което ще ви позволи да изберете усилването на субуфера като цяло.
Резистор R9 (100k) подобрява стабилността на U1A и осигурява добрата му поляризация при липса на входен сигнал.
Сигналът от изхода на усилвателя отива към активен нискочестотен филтър от втори ред, изграден от U1B. Това е типична Sallen-Key архитектура, която ви позволява да получите филтри с различни наклони и амплитуди. Формата на тази характеристика се влияе пряко от кондензатори C8 (22nF), C9 (22nF) и резистори R10 (22k), R13 (22k) и потенциометър P2 (100k). Логаритмичната скала на потенциометъра ви позволява да постигнете линейна промяна в граничната честота по време на въртене на копчето. Широк честотен диапазон (до 260 Hz) се постига чрез завъртане на потенциометъра P2 докрай надясно, което води до стесняване на честотната лента до 50 Hz. Фигурата по-долу показва измерената амплитудна характеристика на цялата верига за двете крайни и средни позиции на потенциометър P2. Във всеки случай потенциометър P1 беше настроен на средна позиция, осигурявайки усилване от 1 (0 dB).
Сигналът от изхода на филтъра се обработва от усилвателя U2. Елементите C16 (10pF) и R17 (56k) осигуряват стабилна работа на m / s U2A. Резисторите R15-R16 (56k) определят усилването на U2B, докато C15 (10pF) повишава неговата стабилност. И двата изхода на веригата използват филтри, състоящи се от елементи R18-R19 (100 Ohm), C17-C18 (10uF / 50V) и R20-R21 (100k), през които сигналите се подават към изходния конектор GP3. Благодарение на този дизайн получаваме два сигнала извън фаза на 180 градуса на изхода, което позволява директно свързване на два усилвателя и мостов усилвател.
Филтърът използва просто биполярно захранване, базирано на ценерови диоди D1 (BZX55-C16V), D2 (BZX55-C16V) и два транзистора T1 (BD140) и T2 (BD139). Резисторите R2 (4.7k) и R8 (4.7k) са ценеров диодни ограничители на тока и са избрани така, че при минимално захранващо напрежение токът е около 1 mA, а при максимум е безопасен за D1 и D2.
Елементите R5 (510 Ohm), C4 (47uF/25V), R7 (510 Ohm), C6 (47uF/25V) са прости филтри за изглаждане на напрежението, базирани на T1 и T2. Резисторите R1 (10 ома), R11 (10 ома) и кондензаторите C3 (100uF/25V), C7 (100uF/25V) също са филтър за захранващо напрежение. Конектор за захранване - GP2.
Свързване на филтър за субуфер
Струва си да се отбележи, че филтърният модул на субуфера трябва да бъде свързан към изхода на предусилвателя след контрола на силата на звука, което ще подобри контрола на звука на цялата система. Потенциометърът за усилване може да се използва за регулиране на съотношението на силата на звука на субуфера към силата на звука на целия път на сигнала. Към изхода на модула е необходимо да свържете всеки усилвател на мощност, работещ в класическа конфигурация. Ако е необходимо, използвайте само един от изходните сигнали на 180 градуса извън фазата един спрямо друг. И двата изхода могат да се използват, ако усилвателят трябва да бъде изграден в мостова конфигурация.
Филтрите са проектирани да извличат селективно полезен сигнал от смес от шум, смущения и самия сигнал. Филтрите се характеризират с тяхната честотна лента, резонансна честота, ефективност на селекция/затихване на полезен/смущаващ сигнал.
Филтрите са един от най-разпространените и значими компоненти на електронното оборудване. Те позволяват:
♦ извлича необходимата за потребителя информация от зашумения сигнал;
♦ подобряване на съотношението сигнал/шум;
♦ подобряване на качеството на сигнала.
Филтрите са известни по предназначение:
♦ високи (горни) честоти;
♦ ниски (ниски) честоти;
♦ лента;
♦ теснолентови;
♦ широколентов достъп;
♦ прорез (блокиране) и др.
OU .
На фиг. 38.1 показва типична ниска честота и съответстващата й честотна характеристика.
Помислете за основните видове филтри, направени с помощта
Както знаете, коефициентът на предаване на операционния усилвател, свързан по схемата, фиг. 38.2 се определя като 1+R3/R4. За да се приложи типичен нискочестотен филтър, трябва да бъдат изпълнени следните условия:
Ориз. 38.2. Пример за практическо прилагане на ниски честоти
C1=C2=C, R1=R2, 
Тогава
граничната честота на филтъра може да се определи от приблизителната зависимост: DHz]=10/C[µF], фиг. 38.3. Подобно заключение може да се получи за изчисляването на високочестотния филтър.
Чрез свързване на нискочестотните и високочестотните филтри последователно можете да получите , което е показано на фиг. 38.9.
Ориз. 38.7. Пример за практическо прилагане на високи честоти
Забележка.
Отклонението на номиналните стойности на прецизните филтърни елементи от препоръчаните (изчислени) стойности не трябва да надвишава 7%. Обърнете внимание, че за да изградите филтър, можете да използвате „прецизни елементи (, резистори) с еднаква деноминация, включени, за да получите стойностите на R / 2 и 2C паралелно.
♦ изходен усилвател (DA 1.2);
Гранични честоти, от...до
Захранващо напрежение
Таблица 38.1 (продължение)
|
Гранични честоти, от...до |
Захранващо напрежение |
2-ри (*4-ти;**8-ми) ред Bandpass линейни филтри
с програмиране: DIP пакет, WideSO; 2(**4) елемента в корпус Таблица 38.2
|
Гранични честоти, от...до |
Захранващо напрежение |
Нискочестотни филтри от 5-ти ред на комутирани кондензатори:
пакет DIP, SO; 1 елемент в корпус Таблица 38.3
|
Гранични честоти, от...до |
Захранващо напрежение |
Гранични честоти, от...до |
Волтаж |
Забележка.
Работният праг на компаратора DA1 се задава от потенциометъра R4. Максималната чувствителност при включване на компаратора е 10 mV. LED HL1 показва наличието на сигнал над прага. Потенциометър R7 задава горната граница на реакцията на чипа за управление на светодиодната скала DA2 към стойността на управляващото напрежение - от 1 до 6 V; потенциометър R10 - долна граница - от 0 до 5 V; VD4 предпазва управляващите входове на чипа DA2 от пренапрежения, като същевременно стабилизира управляващите напрежения.
VD5, VD6 автоматично осигурява минимална разлика между горните и долните нива на управляващите напрежения на щифтове 3 и 16 на чипа DA2 при 1 V. Диодът VD3 предпазва веригата за управление на LED мащаба от пренапрежение. Резисторите R11-R22 са проектирани да съответстват на нивото на сигналите, взети от изходите на чипа DA2, с нивата на CMOS логиката.
Ако на входа на устройството пристигне надпрагов аналогов (или цифров) сигнал, тогава с увеличаване на неговата честота ще настъпи плавно последователно или едновременно групово превключване на каналите за индикация (HL2-HL13). В същото време управляващите сигнали от изходите на чипа DA2 през CMOS инверторите DD1, DD2 ще преминат към управляващите входове на аналоговите CMOS превключватели (чипове DA3-DA5).
Ширината на честотната лента на всеки от каналите, когато са инсталирани на контролните входове 3 и 16 на микросхемата DA2, максималните и минималните нива 6 и O B, съответно, ще бъдат 400 Hz за първите шест канала и 760 Hz за останалите. Така първият канал ще пропуска сигнали с честота под 400 Hz, вторият - в обхвата 400-800 Hz, ... последният, 12-ти канал ще пропуска честоти над 6 kHz.
Забележка.
Чрез регулиране на потенциометрите R7 и R10 можете плавно да променяте ширината и границите на честотните канали.
HL2-HL13 динамично показват номера на участващия контролен канал.
Устройството консумира 60 l * A при захранващо напрежение 15 V и един светещ светодиод.
Шустов М.А., Схема. 500 устройства на аналогови микросхеми. - Санкт Петербург: Наука и технологии, 2013. -352 с.
