CMOS 인버터의 대역 통과 필터. 구성표, 설명

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능동 대역 통과 필터는 이 주파수 영역에서 크고 다른 많은 특성에서 이상적이지 않은 코일을 버릴 수 있기 때문에 특히 저주파에서 수동 대역에 비해 상당한 이점이 있습니다. 능동형 바이쿼드 필터는 안정성과 안정성이 높아 대역 통과 필터 모드에서 100이 넘는 품질 계수를 얻을 수 있으며 연산 증폭기에 내장된 이러한 필터의 일반적인 회로는 그림 1과 같습니다. XNUMX.

CMOS 인버터의 대역 통과 필터

바이쿼드 필터에서 합산 적분기는 입력에서 저역 통과 필터의 출력 전압을 뺍니다.(180도 위상이 다릅니다.) - 전이 구간 아래의 주파수에서 이러한 신호는 서로 상쇄되고 출력은 신호가 크게 감쇠됩니다. 증가하면서 전환 섹션에 들어가면 적분기의 감소하는 출력 신호가 더 이상 입력을 보상하지 않으므로 필터 출력의 신호 레벨이 증가합니다. 주파수가 더 증가함에 따라 적분기의 주파수 응답 롤오프는 출력 신호의 감쇠를 제공하고 대역 통과 필터의 주파수 응답 형성을 완료합니다.

바이쿼드 필터의 단점은 활성 소자의 수가 증가한다는 것입니다. 이러한 조건에서 유망한 것은 CMOS 인버터를 능동 요소로 사용하는 것으로 간주할 수 있습니다. 이 인버터는 선형 모드에서 작동할 수 있고 연산 증폭기에 비해 여러 가지 장점이 있습니다(예: 자체 여기 경향이 없고 작동 주파수 증가). . 그리고 비용은 일반적으로 더 낮습니다.

고려되는 활성 요소의 단점 중 작은 증폭(30 ~ 50dB)에 주목합니다. 그러나 바이쿼드 필터가 높은 이득 요구 사항을 가지고 있지 않다는 점을 감안할 때 이러한 단점은 CMOS 인버터를 능동 소자로 사용하는 데 장애가 되지 않습니다.

CMOS 구조의 가장 일반적인 미세 회로 중 하나인 K561LN2에는 하나의 패키지에 2개의 인버터가 포함되어 있어 XNUMX차 대역 통과 필터를 구축할 수 있습니다. 두 개의 XNUMX차 필터를 계단식으로 연결하여 얻은 이러한 필터의 회로가 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.

CMOS 인버터의 대역 통과 필터

두 1차 필터가 동일하고 일반적인 연산 증폭기 필터와 구조가 유사하다는 것을 쉽게 알 수 있습니다(그림 XNUMX 참조). 필터에는 역상 신호인 두 개의 출력이 있습니다.

필터가 소비하는 전류는 저항 R13을 선택하여 설정합니다. 이 경우 공급 전압은 5 ... 15V 내에서 변할 수 있습니다. 공급 전류가 감소하면 능동 필터 요소의 이득이 증가하지만 주파수 특성이 저하되고 출력 임피던스가 증가합니다. 전류 소비는 0,5 ~ 2mA 범위에서 최적으로 간주되어야 합니다.

다이어그램에 표시된 정격에서 필터는 중심 주파수 fo=1000Hz, 대역폭 Δf=100Hz, 전송 계수 Кп=10을 가집니다. 다른 매개변수의 경우 다음 방법을 사용하여 필터를 계산할 수 있습니다.

입력 링크를 С2=C3=С 및 R3=R4=R5=R로 설정하겠습니다. R, R1 및 R2 계산: R=1/(2πf0∙C); R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C); Q=f0/Δf', 여기서 Δf'=Δf/v2-n, 여기서 Q는 필터의 품질 인자이고; n은 두 번째 순서의 계단식 연결 수입니다.

필요한 경우 필터를 통해 매개변수를 독립적으로 조정할 수 있습니다. 따라서 입력 링크의 중심 주파수 fo는 저항 R3, 품질 계수 Q - R2, 전달 계수 Kp - R1을 선택하여 조정할 수 있습니다.

K561LN2 칩의 인버터에 내장된 필터의 작동 주파수는 수백 kHz에 달할 수 있습니다. KR1564, 74AC, 74NS 시리즈의 유사한 마이크로 회로를 사용하면 작동 주파수가 10~15배 증가합니다.

고려한 필터의 특징 중 하나는 중심 주파수가 변경되어도 대역폭이 변경되지 않은 상태로 유지된다는 것입니다. 또한, R1=R3일 때 링크 이득은 R2/R1 비율로 결정된다. 링크의 입력 저항은 저항 R1의 저항보다 크며 출력은 10 ... 15 kOhm입니다. 활성 요소의 최종 증폭은 계산된 값과 비교하여 품질 계수를 약간 증가시킬 수 있습니다.

프로토타이핑 결과는 필터 조정의 용이성, 실제 특성과 계산된 특성 사이의 우수한 일치 및 높은 안정성을 확인했습니다.

문학

Folkenbury L. 연산 증폭기 및 선형 IC 사용(영어에서 번역됨). - M. Mir, 1986, 598p.

저자: D.Onyshko, Novocherkassk, Rostov 지역.

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