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 - f H : sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciája - a H : csillapítás az áteresztő sáv felső határán (általában 3 db) - a S : csillapítás a záró sáv alsó határán - f S : 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 - f H : sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciája - a H : csillapítás az áteresztő sáv alsó határán (általában 3 db) - a S : csillapítás a záró sáv felső határán - f S : 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) - f H : sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciái - a H : csillapítás az áteresztő sáv határain (általában 3 db) - a S : csillapítás a záró sáv határain - f S : 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 - f H : sarokfrekvencia, vagy törési frekvencia, az áteresztő sáv határ-frekvenciái - a H : csillapítás az áteresztő sáv határain (általában 3 db) - a S : csillapítás a záró sáv határain - f S : 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