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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Filtro passa-faixa em inversores CMOS. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Os filtros passa-banda ativos apresentam vantagens significativas sobre os passivos, principalmente em baixas frequências, pois permitem o abandono de bobinas grandes nessa região de frequência e distantes do ideal em muitas outras características. Um filtro biquad ativo possui alta estabilidade e estabilidade, o que permite obter um fator de qualidade superior a 100 no modo de filtro passa-faixa.Um circuito típico desse filtro, construído em amplificadores operacionais, é mostrado na fig. 1.
Em um filtro biquad, o integrador somador subtrai a tensão de saída do filtro passa-baixa da entrada (eles estão defasados em 180 graus). - Em uma frequência abaixo da seção de transição, esses sinais se anulam e a saída sinal é significativamente atenuado. Quando ele, aumentando, entra na seção de transição, o sinal de saída decrescente do integrador não compensa mais a entrada, então o nível do sinal aumenta na saída do filtro. Com um aumento adicional na frequência, o rolloff da resposta de frequência do integrador fornece atenuação do sinal de saída e completa a formação da resposta de frequência do filtro passa-banda. A desvantagem do filtro biquad é o aumento do número de elementos ativos. Promissor nessas condições pode ser considerado o uso de inversores CMOS como elementos ativos, que podem operar de modo linear e apresentam uma série de vantagens sobre amplificadores operacionais, por exemplo, ausência de tendência à autoexcitação e aumento da frequência operacional . E o custo costuma ser menor. Entre as deficiências dos elementos ativos considerados, notamos sua pequena amplificação (30 ... 50 dB). No entanto, como os filtros biquadrados não possuem requisitos de alto ganho, essa desvantagem não é um obstáculo para o uso de inversores CMOS como elementos ativos. Um dos microcircuitos mais comuns da estrutura CMOS - K561LN2 - contém seis inversores em um pacote, o que possibilita a construção de um filtro passa-banda de quarta ordem. Um circuito desse tipo de filtro, obtido pela cascata de dois filtros de segunda ordem, é mostrado na Fig. 2.
É fácil ver que ambos os filtros de segunda ordem são idênticos e têm estrutura semelhante a um filtro típico de amplificador operacional (veja a Fig. 1). O filtro tem duas saídas, cujos sinais são antifase. A corrente consumida pelo filtro é definida selecionando o resistor R13. Nesse caso, a tensão de alimentação pode variar dentro de 5 ... 15 V. Com uma diminuição na corrente de alimentação, o ganho dos elementos de filtro ativos aumenta, mas suas propriedades de frequência se deterioram e a impedância de saída aumenta. O consumo de corrente deve ser considerado ideal na faixa de 0,5 ... 2 mA. Com as classificações indicadas no diagrama, o filtro tem uma frequência central fo=1000 Hz, uma largura de banda Δf=100 Hz, um coeficiente de transmissão Кп=10. Para outros parâmetros, o filtro pode ser calculado usando o seguinte método. Vamos definir para o link de entrada С2=C3=С e R3=R4=R5=R. Calcule R, R1 e R2: R=1/(2πf0∙C); R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C); Q=f0/Δf', onde Δf'=Δf/v2-n, onde Q é o fator de qualidade do filtro; n é o número de links em cascata de segunda ordem. O filtro permite o ajuste independente dos parâmetros, se necessário. Assim, a frequência central fo do link de entrada pode ser ajustada selecionando o resistor R3, o fator de qualidade Q - R2, o coeficiente de transferência Kp - R1. A frequência de operação do filtro construído nos inversores do chip K561LN2 pode chegar a centenas de kilohertz. O uso de microcircuitos semelhantes das séries KR1564, 74AC, 74NS aumentará a frequência de operação em 10...15 vezes. Uma das características do filtro considerado é que a largura de banda permanece inalterada quando a frequência central muda. Além disso, quando R1=R3, o ganho do link é determinado pela relação R2/R1. A resistência de entrada do link é maior que a resistência do resistor R1, a saída é de 10 ... 15 kOhm. A amplificação final dos elementos ativos pode levar a algum aumento no fator de qualidade em relação ao valor calculado. Os resultados da prototipagem confirmaram a facilidade de ajuste do filtro, boa concordância entre as características reais e as calculadas e sua alta estabilidade. Literatura Folkenbury L. O uso de amplificadores operacionais e ICs lineares (traduzido do inglês). - M. Mir, 1986, 598 p. Autor: D.Onyshko, Novocherkassk, região de Rostov.
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