Из множества доступных разработчикам типов аналоговых фильтров лишь немногие позволяют легко настраивать их параметры. Однако биквадратный фильтр является исключением. Угловой частотой ω0, добротностью Q и коэффициентом усиления H этого фильтра можно управлять, изменяя сопротивления трех резисторов. Для этого в схему биквадратного фильтра низких частот, показанную на Рисунке 1, добавлены три цифровых потенциометра, включенных как переменные резисторы в цепях обратной связи. Изменение настроек этих потенциометров изменяет характеристики фильтра. Схема позволяет получить угловые частоты от 5.5 до 55 кГц, значения добротности от 0.055 до 5.5, в зависимости от выбранной угловой частоты, и коэффициент усиления от 1 до 100, также в зависимости от выбранной угловой частоты.
 |
|
| Рисунок 1. | Угловая частота, добротность и коэффициент усиления этого биквадратного аналогового фильтра регулируются цифровыми потенциометрами. |
Чтобы настроить биквадратный фильтр, сначала устанавливают угловую частоту ω0 в радианах в секунду, регулируя цифровой потенциометр IC2 через интерфейс SPI. Затем аналогичным образом регулировкой IC1 устанавливается добротность Q и коэффициент усиления регулировкой IC3.
Обратите внимание, что регулировка Q не влияет на настройку угловой частоты, а регулировка усиления не влияет на настройки Q или угловой частоты. Три формулы ниже демонстрируют эту ортогональную настройку биквадратного фильтра:
где RIC1, RIC2 и RIC3 – входные сопротивления цифровых потенциометров IC1, IC2 и IC3, соответственно. Схема на Рисунке 1 существенно сложнее, чем схема с коммутируемыми конденсаторами, обычно реализуемая в интегральном исполнении, но шумы переключения и узкая полоса пропускания фильтра с коммутируемыми конденсаторами во многих приложениях неприемлемы (Рисунок 2). Биквадратный фильтр обеспечивает лучшие частотные и шумовые характеристики в обмен на большую площадь, занимаемую на печатной плате. А поскольку монолитные фильтры с переключаемыми конденсаторами обычно дороги, биквадратная схема на Рисунке 1 может быть конкурентоспособным по цене решением. Для многих приложений с фильтрами требуется более высокое напряжение питания, работа с биполярными сигналами или и то, и другое, поэтому однополярного источника питания 5 В, используемого в большинстве фильтров на коммутируемых конденсаторах, может быть недостаточно для конкретного приложения. Реализовать фильтр с шинами питания ±15 В можно с помощью цифровых потенциометров и высоковольтных операционных усилителей, таких как MAX5438 и MAX437.
|
|||||
| Рисунок 2. | Шумы (а) и низкая полоса пропускания (б) портят характеристики фильтров на коммутируемых конденсаторах. Биквадратный фильтр на Рисунке 1 поддерживает значение THD+N (общие гармонические искажения плюс шум) менее 1% в диапазоне частот от 20 Гц до 200 кГц. |
||||
Использование биквадратного фильтра не ограничивается только фильтрацией нижних частот. Добавив четвертый операционный усилитель к выбранным клеммам исходного низкочастотного фильтра нижних частот (Рисунок 3), можно реализовать фильтр верхних частот, полосовой, режекторный и всепропускающий фильтры.
 |
|
| Рисунок 3. | Стандартная биквадратная схема выполняет функции низкочастотного и полосового фильтра, а добавление четвертого операционного усилителя добавляет функцию фильтра верхних частот. Удаление резистора R10 и регулировка номиналов различных компонентов дают режекторный, полосовой или всепропускающий фильтры. |
Купить MAX437 на РадиоЛоцман.Цены
