Filtre passe-bande sur les onduleurs CMOS. Schéma, description

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Filtre passe-bande sur les onduleurs CMOS. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur

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Les filtres passe-bande actifs présentent des avantages significatifs par rapport aux passifs, en particulier aux basses fréquences, car ils permettent d'abandonner les bobines qui sont grandes dans cette région de fréquence et sont loin d'être idéales dans de nombreuses autres caractéristiques. Un filtre biquad actif a une stabilité et une stabilité élevées, ce qui permet, en mode filtre passe-bande, d'obtenir un facteur de qualité supérieur à 100. Un circuit typique d'un tel filtre, construit sur des amplificateurs opérationnels, est illustré à la fig. 1.

Filtre passe-bande sur les onduleurs CMOS

Dans un filtre biquad, l'intégrateur sommateur soustrait la tension de sortie du filtre passe-bas de l'entrée (ils sont déphasés de 180 degrés). - À une fréquence inférieure à la section de transition, ces signaux s'annulent et la sortie signal est considérablement atténué. Lorsqu'il, en augmentant, entre dans la section de transition, le signal de sortie décroissant de l'intégrateur ne compense plus l'entrée, de sorte que le niveau du signal à la sortie du filtre augmente. Avec une augmentation supplémentaire de la fréquence, la réduction de la réponse en fréquence de l'intégrateur fournit une atténuation du signal de sortie et achève la formation de la réponse en fréquence du filtre passe-bande.

L'inconvénient du filtre biquad est le nombre accru d'éléments actifs. Dans ces conditions, l'utilisation d'inverseurs CMOS en tant qu'éléments actifs peut être considérée comme prometteuse, pouvant fonctionner en mode linéaire et présentant un certain nombre d'avantages par rapport aux amplificateurs opérationnels, par exemple l'absence de tendance à l'auto-excitation et une fréquence de fonctionnement accrue. . Et le coût est généralement inférieur.

Parmi les défauts des éléments actifs considérés, on note leur faible amplification (30... 50 dB). Cependant, étant donné que les filtres biquad n'ont pas d'exigences élevées en gain, cet inconvénient n'est pas un obstacle à l'utilisation d'inverseurs CMOS comme éléments actifs.

L'un des microcircuits les plus courants de la structure CMOS - K561LN2 - contient six inverseurs dans un seul boîtier, ce qui permet de construire un filtre passe-bande de quatrième ordre. Un circuit d'un tel filtre, obtenu en cascadant deux filtres du second ordre, est représenté sur la Fig. 2.

Filtre passe-bande sur les onduleurs CMOS

Il est facile de voir que les deux filtres de second ordre sont identiques et ont une structure similaire à un filtre d'amplificateur opérationnel typique (voir Fig. 1). Le filtre a deux sorties dont les signaux sont en opposition de phase.

Le courant consommé par le filtre est réglé en sélectionnant la résistance R13. Dans ce cas, la tension d'alimentation peut varier entre 5 ... 15 V. Avec une diminution du courant d'alimentation, le gain des éléments de filtre actifs augmente, mais leurs propriétés de fréquence se détériorent et l'impédance de sortie augmente. La consommation de courant doit être considérée comme optimale dans la plage de 0,5 ... 2 mA.

Avec les calibres indiqués sur le schéma, le filtre a une fréquence centrale fo=1000 Hz, une bande passante Δf=100 Hz, un coefficient de transmission Кп=10. Pour les autres paramètres, le filtre peut être calculé en utilisant la méthode suivante.

Fixons pour le lien d'entrée С2=C3=С et R3=R4=R5=R. Calculer R, R1 et R2 : R=1/(2πf0∙C) ; R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C); Q = f0/Δf', où Δf' = Δf/v2-n, où Q est le facteur de qualité du filtre ; n est le nombre de liens en cascade du second ordre.

Le filtre permet un réglage indépendant des paramètres, si nécessaire. Ainsi, la fréquence centrale fo de la liaison d'entrée peut être ajustée en sélectionnant la résistance R3, le facteur de qualité Q - R2, le coefficient de transfert Kp - R1.

La fréquence de fonctionnement du filtre intégré aux onduleurs de la puce K561LN2 peut atteindre des centaines de kilohertz. L'utilisation de microcircuits similaires des séries KR1564, 74AC, 74NS augmentera la fréquence de fonctionnement de 10 à 15 fois.

L'une des caractéristiques du filtre considéré est que la bande passante reste inchangée lorsque la fréquence centrale change. De plus, lorsque R1 = R3, le gain de liaison est déterminé par le rapport R2/R1. La résistance d'entrée du lien est supérieure à la résistance de la résistance R1, la sortie est de 10 ... 15 kOhm. L'amplification finale des éléments actifs peut conduire à une certaine augmentation du facteur de qualité par rapport à la valeur calculée.

Les résultats du prototypage ont confirmé la facilité de réglage des filtres, le bon accord entre les caractéristiques réelles et celles calculées, et leur grande stabilité.

littérature

Folkenbury L. L'utilisation d'amplificateurs opérationnels et de circuits intégrés linéaires (traduit de l'anglais). - M. Mir, 1986, 598 p.

Auteur : D.Onyshko, Novotcherkassk, région de Rostov.

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