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教學:簡單的可切換濾波器設計

2022-08-09
來源:laocuo1142

  濾波器可以定義為:濾波器是一種選頻裝置,,可以使信號中特定的頻率成分通過,,而極大地衰減其他頻率成分。利用濾波器的這種選頻作用,,可以濾除干擾噪聲或進行頻譜分析。換句話說,凡是可以使信號中特定的頻率成分通過,,而極大地衰減或抑制其他頻率成分的裝置或系統(tǒng)都稱之為濾波器。

  通常,,在低頻(<100 kHz)應用中,,無源濾波器使用電阻和電容組成。因此它被稱為無源RC濾波器,。同樣,,對于高頻(> 100 kHz)信號,無源濾波器可以設計為電阻 - 電感 - 電容組合,。因此,,這些電路被稱為無源RLC電路。通常使用三種濾波器設計:低通濾波器,,高通濾波器和帶通濾波器,。

  濾波器的作用

  1,、將有用的信號與噪聲分離,提高信號的抗干擾性及信噪比,;

  2,、濾掉不感興趣的頻率成分,提高分析精度,;

  3,、從復雜頻率成分中分離出單一的頻率分量。

  什么是Sallen-Key濾波器,,Sallen-key是設計有源濾波器設計的一種拓撲結構,,VCVS(Voltage-controlled voltage-source)濾波器的變種,由麻省理工學院林肯實驗室的R. P. Sallen and E. L. Key 在1955所提出,。

  Sallen-key拓撲的特點:

  高輸入阻抗

  增益容易被配置

  運放被配置為電壓跟隨(Voltage Follower)模式

  這是Sallen-key濾波器的通用模型,。模型中運放被配置成電壓跟隨模式。

  圖 1 顯示了 Sallen-Key 高通濾波器 (HPF) 如何僅使用一個額外的晶體管和電阻器即可打開/關閉,。

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  圖 1 Sallen-Key HPF 濾波器拓撲,,可以使用額外的晶體管和電阻器打開/關閉。

  這個解決方案對于 Sallen-Key 濾波器來說似乎已經(jīng)足夠了,,因為拓撲結構本身相當簡單,。

  這里的運算放大器是一個可編程運算放大器,具有一個灌入設置電流 I set(即通過設置電阻 R4 流入運算放大器的電流),。LM146 和 LM346 就是這種類型的運算放大器,。

  使用源設置電流的運算放大器(如 LM4250)也可以與該電路的簡單鏡像修改一起使用。例如,,Q1 變?yōu)?PNP 型晶體管,,應改為連接到 +E 端子。

  電阻R3代表運放關斷時的迂回方式,。當晶體管 Q1 截止時,,設定電流流入 I設定端子(引腳 9)。因此,,運算放大器開啟并具有非常低的輸出阻抗,,該阻抗由分壓器中的電阻器 R3 組成,可有效消除迂回方式(超過 80 dB),,留下濾波后的輸出,。

  如果晶體管 Q1 導通,則電流 I set流入 Q1 并且無法激活 I set端子,。這是因為我設置的端子的閾值電壓(0.8V 到 0.9V) ,。因此,運算放大器關閉,其輸出有效地與電路斷開,。

  現(xiàn)在輸出由電阻 R3 和負載阻抗組成的分壓器決定,。為了強調(diào)這一點,下一個級聯(lián)顯示為緩沖區(qū),,這不是強制性的,。注意:濾波器的元件(R1 和 C1)與電阻 R3 并聯(lián),這一點不可忽略,。

  LPF 的一個版本如圖 2 所示,。它使用單極電源和帶有內(nèi)置偏置電阻器的晶體管 Q1 (SRC1204),這使得電路更加簡單,。

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  圖 2可以通過使用單極電源和帶有內(nèi)置偏置電阻器的晶體管 Q1 (SRC1204) 來打開/關閉的 LPF 拓撲,。



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