Elektronika 2 8. Előadás
Analóg és kapcsolt kapacitású szűrők
Irodalom - Megyeri János: Analóg elektronika, Tankönyvkiadó, 1990 - Ron Mancini (szerk): Op Amps for Everyone, Texas Instruments, 2002 16. fejezet: Active filter design Techniques (Thomas Kugelstadt) - Borbély Gábor: Elektronika II, 2006 - K. Lacanette: A Basic Introduction to Filters, National Semiconductor, 2010
Passzív – aktív szűrők Másodfokú passzív szűrő - tekercset szűk paramétertűréssel nehéz készíteni - egymás után láncba kapcsolt szűrők komplex terhelést jelentenek (megváltoztatják az egyes tagok átviteli függvényeit)
Másodfokú aktív szűrő - elegendő ellenállásokat és kondenzátorokat használni - az egyes tagokat a műveleti erősítők terhelés szempontjából teljesen elválasztják (a végtelen bemeneti ellenállás miatt), a szűrőlánc átviteli függvénye az egyes tagok átviteli függvényeinek szorzata
Tervezési kritériumok Az alábbi három feltétel közül egyikre lehet optimalizálni egy szűrőt: 1) Maximálisan lapos amplitúdó-menet (állandó erősítés az áteresztési tartományban) ilyenek a Butterworth-szűrők 2) Meredek váltás a két tartomány között (keskeny átmeneti tartomány) ilyenek a Csebisev- és a Cauer-szűrők 3) Lineáris fázismenet (jó impulzusátvitel) A szűrő fokszámának (az átviteli függvény nevezőjének foka) növelésével - csökkenthető az amplitúdó-menet ingadozásának mértéke az áteresztő sávban - növelhető a csillapítás mértéke a záró-sávban - csökkenthető az átmeneti sáv szélessége
Különböző fokú Butterworth-szűrők amplitúdó-menete
Magasabb fokú szűrők amplitúdómenete
Nyolcaddfokú, 3 dB ingadozású, Csebisev alul-áteresztő szűrő
Alul-áteresztő szűrők - fH: sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciája - aH: csillapítás az áteresztő sáv felső határán (általában – 3 dB) - aS: csillapítás a záró sáv alsó határán - fS: záró-frekvencia – ahol a csillapítás eléri az előírt értéket Az átviteli függvény grafikus képe a fehér terület belsejében található
elsőfokú:
másodfokú:
Alul-áteresztő szűrők Nem-invertáló elsőfokú alul-áteresztő RC alaptag
Invertáló elsőfokú alul-áteresztő RC alaptag
Másodfokú aktív R-C alaptagok
Egyszeres pozitív visszacsatolású feszültséggenerátor
Többszörös visszacsatolású invertáló erősítő
Másodfokú alul-áteresztő szűrők
Egyszeres pozitív visszacsatolású feszültséggenerátor (Sallen-Key topológia)
Másodfokú alul-áteresztő szűrő többszörös visszacsatolással
Másodfokú alul-áteresztő szűrők
Másodfokú alul-áteresztő szűrők levágási meredeksége
Felül-áteresztő szűrők - fH: sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciája - aH: csillapítás az áteresztő sáv alsó határán (általában – 3 dB) - aS: csillapítás a záró sáv felső határán - fS: záró-frekvencia – ahol a csillapítás eléri az előírt értéket Az átviteli függvény grafikus képe a fehér terület belsejében található elsőfokú:
másodfokú:
Felül-áteresztő szűrők A műveleti erősítő véges határfrekvenciája miatt ezek valójában sávszűrők. Nem-invertáló elsőfokú felül-áteresztő RC alaptag
Invertáló elsőfokú felül-áteresztő RC alaptag
Másodfokú felül-áteresztő szűrők
Egyszeres pozitív visszacsatolású feszültséggenerátor (Sallen-Key topológia)
Másodfokú alul-áteresztő szűrő többszörös visszacsatolással
Sáv-áteresztő szűrők (sávszűrők) - fH: sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciái - aH: csillapítás az áteresztő sáv határain (általában – 3 dB) - aS: csillapítás a záró sáv határain - fS: záró-frekvencia – ahol a csillapítás eléri az előírt értéket Az átviteli függvény grafikus képe a fehér terület belsejében található
Sávszűrők
Másodfokú sávszűrő Sallen-Key topológiával:
Sávközépi frekvencia:
Erősítés:
Másodfokú sávszűrők
Másodfokú sávszűrők többszörös visszacsatolással
Sáv-záró szűrők - fH: sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciái - aH: csillapítás az áteresztő sáv határain (általában – 3 dB) - aS: csillapítás a záró sáv határain - fS: záró-frekvencia – ahol a csillapítás eléri az előírt értéket Az átviteli függvény grafikus képe a fehér terület belsejében található
Kettős T sávzáró szűrő
Passzív
Aktív
Wien-Robinson híd (sávzáró szűrő)
Passzív
Aktív
Univerzális szűrőlánc
Mindent-áteresztő szűrők Feladatuk nem a szelekció, hanem a fázismenet korrekciója
Elsőfokú mindent-áteresztő szűrő - alacsony frekvencián egységnyi erősítésű, nem invertáló - magas frekvencián egységnyi erősítésű, invertáló
Másodfokú mindent áteresztő szűrő: sáváteresztő szűrő kimeneti feszültségét kivonja a bemeneti feszültségből
Kapcsolt kapacitás mint veszteség nélküli ellenállás
Kapcsolt kapacitású szűrő
Elsőfokú kapcsolt kapacitású szűrő – legfőbb előnye az órajelből származó nagy pontosság
