Wysokiej jakości filtr wycinający na tranzystorach. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Komputery

 Komentarze do artykułu

Artykuł omawia prosty wysokiej jakości wąskopasmowy filtr wycinający na tranzystorach, który doskonale pracuje w paśmie częstotliwości do 1 MHz i całkiem zadowalająco do 10 MHz. Proste wzory obliczeniowe są wyprowadzane do syntezy filtrów przy użyciu częstotliwości i szerokości pasma odrzucenia jako wartości początkowych. Do obliczeń wykorzystano Mathematical CAD Maple z pakietem MathSpice [2] oraz elektroniczny CAD OrCAD [3].

Zadania analityczne są trudne do rozwiązania ręcznie. Dobrym pomocnikiem jest tu użycie MSpice, ostro przesuwające granicę złożoności rozwiązywanych zadań. Udostępnia radioamatorom te zadania, które wcześniej uważano za akademickie. Pakiet rozszerzenia Maple o nazwie MathSpice (MSpice) [2] jest przeznaczony do analitycznego rozwiązywania obwodów elektronicznych i schematów funkcjonalnych, ale może być używany jako narzędzie do tworzenia modeli sygnałów i urządzeń elektronicznych Spice dla różnych symulatorów. Możesz dowiedzieć się więcej o MSpice, czytając "MathSpice - silnik analityczny dla OrCAD i MicroCAP", MODERN ELECTRONICS Magazine, STA-PRESS, nr 5, nr 6, nr 7, nr 9, nr 10, nr 11 12, nr 2009 XNUMX.

 W niektórych urządzeniach, w których jesteśmy przyzwyczajeni do oglądania wzmacniaczy operacyjnych, całkiem możliwe jest obejście się tranzystorami. Korzyści ze stosowania wzmacniacza operacyjnego do wzmacniania sygnałów DC są niezaprzeczalne. Jednak w przypadku prądu przemiennego zalety wzmacniacza operacyjnego nie są tak poważne, jak zalety pojedynczego tranzystora. Wzmacniacz operacyjny o częstotliwości wzmocnienia jedności większej niż 10 MHz jest drogi, podczas gdy tranzystor o częstotliwości wzmocnienia jedności do (100 ... 1000) MHz kosztuje grosz.

Obliczenia analityczne urządzeń tranzystorowych są nieco bardziej skomplikowane ze względu na bardziej złożony obwód zastępczy wyidealizowanego tranzystora w porównaniu z wyidealizowanym wzmacniaczem operacyjnym. Jednak obecnie ten problem ułatwia dostępność obliczeń komputerowych [1], [2].

Oczywiście tranzystor ma znacznie mniejszą liczbę zer i biegunów oraz niezwykle duże wzmocnienie na iloczyn pasma. Współczesne tranzystory mają duże wzmocnienie DC h21= 300..1000. W wielu przypadkach to wystarcza.

Rezystorowo-kondensatorowe podwójne filtry mostkowe w kształcie litery T są stosowane jako wąskopasmowe filtry karbowe (rys. 1). Ich główną zaletą jest możliwość głębokiego tłumienia poszczególnych składowych częstotliwości.

W dziedzinie częstotliwości, znacznie poniżej częstotliwości wzmocnienia jedności, większość pasożytniczych parametrów tranzystorów można pominąć. Dlatego do obliczeń wykorzystano najprostszy obwód zastępczy tranzystora pokazany na rys. 2. 1. Opiera się na źródle prądowym sterowanym napięciem (IXNUMX). Wygodnie jest go używać przy obliczaniu obwodów metodą potencjału węzłowego.

Ryż. 1. Schemat wąskopasmowego filtra wycinającego o częstotliwości 6,5 MHz

Skomponuj równania Kirchhoffa dla obwodu filtra i rozwiąż je.

restart: with(MSpice): Urządzenia:=[To samo,[BJT,DC1,2]]:

ERozwiąż(Q,`BJT-PSpiceFiles/SCHEMATIC1/SCHEMATIC1.net`):

Solutions

>MSpice v8.43: pspicelib.narod.ru

>Podano węzły: {VINP, V12V} Źródła: [Vin, VB1, Je]

>Rozwiązania V_NET: [V2, V5, V6, V1, V3, VOUT, V4]

>J_NET: [Je, JVin, JReb, JVB1, JR5, JC4, JR4, JR1, JC1, JR6, JR2, JR7, JR3, JC2, JC3, JFt, JJe, Jk, JT]

Znajdź funkcję przenoszenia filtra. Aby uprościć formuły, bierzemy pod uwagę, że następujące relacje muszą zachodzić dla filtra z mostkiem Wien:

C1:=C: C2:=C: C3:=2*C: R1:=R: R2:=R: R3:=R/2:

VB1:=0: # dla liniowych modeli PCB

H:=uprość(VOUT/Vin);

(kliknij, aby powiększyć)

Z tą formułą ciężko pracować! Załóżmy więc, że… = oo, C4=oo, R5=oo . Oczywiście założenie, że tranzystor ma nieskończone wzmocnienie, jest nieco szorstkie, ale w przypadku obwodu wtórnika emitera jest to całkiem odpowiednie. Pozwala to uzyskać proste wzory do wstępnych obliczeń. Dokładne formuły można uzyskać za pomocą Maple, ale ocena parametrów filtra będzie bardzo trudna (wzory zajmą kilka stron). Podczas konfiguracji parametry obwodu (współczynnik jakości) można łatwo regulować, wybierając rezystor R6. Po przejściu do granicy otrzymujemy prostsze wyrażenie na współczynnik przenoszenia operatora (1), które jest bardziej odpowiednie do analizy.

beta:=x: C4:=x: R5:=x:

H:=collect(limit(H,x=nieskończoność),s): 'H'=%, ` (1)`;

Teraz znajdź wzmocnienie w dziedzinie częstotliwości, K=K(f), zastępując s=I*2*Pi*f .

Tutaj I jest jednostką urojoną, f jest częstotliwością [Hz].

K:=simplify(subs(s=I*2*Pi*f,H)): 'K(f)'=%, ` (2)`;

Znajdźmy częstotliwość odrzucenia (3).

Fp=I*rozwiąż(diff(K,f)=0,f)[2]: print(%,` (3)`);

Wygodnie jest regulować częstotliwość wycięcia, wybierając rezystor R=R1=R2=2*R3.

R:=solve(%,R): print('R'=R,`(4)`);

Wycięcie poziomu 3 dB

F_3dB:=rozwiąż(evalc(abs(K))=subs(f=0,K)/sqrt(2),f):

P:=uprość(F_3dB[4]-F_3dB[2]):

print('P'=P,` (5)`);

Współczynnik jakości jest zdefiniowany jako Q=Fp/P, stąd

P:=Fp/P: 'Q'=Q,` (6)`;

Wyraźmy transmitancję w kategoriach charakterystycznych parametrów filtra przez podstawienie R7=4*Qp*R6-R6, C=1/(2*Pi*R*Fp).

Okazuje się, że jest to bardzo wygodna formuła (7), która umożliwia uzyskanie wymaganej funkcji przenoszenia odrzutnika Laplace'a, nie wiedząc nic o urządzeniu filtrującym. Tutaj Hp(s) jest funkcją przenoszenia operatora wycięcia, Fp jest częstotliwością odrzucania, Qp jest współczynnikiem jakości wycięcia.

Hp:=simplify(subs(R7=4*Qp*R6-R6,C=1/(2*Pi*R*Fp),H)): 'Hp(s)'=Hp;

Teraz znajdźmy moduł funkcji odrzucającej w dziedzinie częstotliwości (8).

abs(Kp(f)) = uproszczenie(expand(AVM(Hp,f)),'symboliczne'), `(8)`:

abs(Kp(f)) = Qp*(f^2-Fp^2)/collect(Qp^2*f^4-2*Qp^2*f^2*Fp^2+Qp^2*Fp^4+Fp^2*f^2,f)^(1/2), ` (8)`:

abs(Kp(f)) = Qp*(f^2-Fp^2)/(Qp^2*f^4+collect(-2*Qp^2*Fp^2+Fp^2,Fp)*f^2+Qp^2*Fp^4)^(1/2), ` (8)`;

Kp:=Qp*(f^2-Fp^2)/collect(Qp^2*f^4-2*Qp^2*f^2*Fp^2+Qp^2*Fp^4+Fp^2*f^2,f)^(1/2):

 Otrzymaliśmy bardzo wygodny wzór (8) do syntezy funkcji przenoszenia odrzutnika poprzez charakterystyczne parametry filtra. Ue może być używany do prototypów cyfrowych podczas programowania filtrów na mikrokontrolerach.

Przykład obliczeniowy

Załóżmy, że potrzebujemy filtra, który zapewnia odrzucenie widma sygnału audio transmisji telewizyjnej o częstotliwości środkowej Fp=6,5 MHz w paśmie P=1 MHz. Wybieramy C=51 pF i kolejno korzystając ze wzorów (4) i (6) obliczamy pozostałe składowe.

Fp:=6.5e6:R:=1e6:C:=51e-12;

Cyfry:=5: P:='Fp/P'=Fp/P; P:=Fp/P:

R:='1/(2*Pi*Fp*C)'=ocena(1/(2*Pi*Fp*C)); R:=prawa oś(%):

Wiadomo, że właściwości wzmacniające tranzystora zależą od prądu emitera.

W obwodzie wtórnika emiterowego wartość rezystora emiterowego wynosi 1 kΩ, co zapewni prąd roboczy tranzystora 6 mA przy napięciu zasilania 12 V, co jest wystarczające do utrzymania wysokiego wzmocnienia tranzystora przy wysokich częstotliwościach.

Wybierzmy R6+R7=1 kΩ, następnie R6=(R6+R7)/4/Q=1K/4/Q i R7=1K-R6.

R6:=1000.0/Q/4: print('R6'=R6); R7:=1000-R6: print('R7'=R7);

Wykreślmy odpowiedź częstotliwościową modułu wzmocnienia częstotliwości naszego filtra wycinającego.

Aby to zrobić, używamy wyrażenia (8) dla modułu funkcji transferu, zastępując w nim obliczone wartości ocen komponentów. Te same wartości, zaokrąglone do najbliższej liczby całkowitej, są wskazane na wykresie filtrów (rys. 1).

Wartości(AC,PRN,[]);Cyfry:=5:

Qp:= '1/4/R6*(R6+R7)'=evalf(1/4/R6*(R6+R7)); Qp:=rhs(%):

П:='4*R6*Fp/(R7+R6)'=evalf(4*R6*Fp/(R7+R6))*Unit([Hz]); П:=evalf(4*R6*Fp/(R7+R6)):

Fp:= '1/(2*Pi*C*R)'=evalf(1/(2*Pi*C*R))*Unit([Hz]); Fp:=evalf(1/(2*Pi*C*R)):

K:=simplify(expand(AVM(H,f))): print('abs(Kp(f))'=Kp); Cyfry:=10:

HSF([H],f=1e6..10e6,"3) semi[abs(Kp(f))]$500 filtr wycinający |Kp(f)| ");

(kliknij, aby powiększyć)

Pobierz: Filtr BJT 6.5 MHz

literatura

1. Petrakow O.M. Obliczenia analityczne w elektronice. Magazyn SCHEMOTEHNIKA №7, 2006
2. Petrakov O. M. Seria artykułów „MathSpice – silnik analityczny dla OrCAD i MicroCAP”, MODERN ELECTRONICS Journal, STA-PRESS, nr 5, nr 6, nr 7, nr 9, nr 10 2009. .
3. System projektowania Razevig VD OrCAD 9.2. SOLON. Moskwa 2001
4. Efimov I.P. Projektowanie filtrów elektronicznych: Wytyczne do projektowania kursów dla studentów studiujących na kierunku 5515.
5. Moshits G., Horn P. Konstrukcja filtrów aktywnych: Per. z angielskiego. Mir, 1984.- 320 s., il.
6. Volovich G. I. Urządzenia analogowe i cyfrowe. 2005
7. pspicelib.narod.ru Elektroniczny CAD.
8. pspice.narod.ru Automatyzacja obliczeń analitycznych.

Autor: Oleg Petrakow, pspicelib@narod.ru; Publikacja: cxem.net

Zobacz inne artykuły Sekcja Komputery.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Woda jest podzielona na dwa różne płyny 31.05.2018 Szwajcarskim naukowcom po raz pierwszy w historii udało się rozdzielić wodę na dwie różne ciecze, składające się z dwóch rodzajów cząsteczek wody. Struktura przestrzenna i niektóre właściwości fizyczne cząsteczek wody zależą od spinu atomów wodoru. Jeśli spin obu atomów jest taki sam, taką cząsteczkę nazywamy para-wodą, jeśli są przeciwne - orto-wodą. Dokładne różnice między nimi nie są jeszcze znane, jednak w 2002 roku rosyjscy fizycy wykazali, że ortowoda kondensuje gorzej niż parawoda. Prawa mechaniki kwantowej zabraniają bezpośredniego przekształcania jednej postaci wody w drugą, dlatego w każdym szkle z cieczą muszą występować jednocześnie oddzielne grupy zarówno para-, jak i orto-wody. Niemniej jednak już pierwsze eksperymenty wykazały, że nie da się ich rozdzielić, ponieważ niektóre interakcje między cząsteczkami wody, których natura nie jest jeszcze jasna, czasami powodują zmianę spinu atomów wodoru. Willich i jego koledzy byli w stanie rozwiązać ten pozornie niemożliwy problem po raz pierwszy, schładzając wodę do temperatury bliskiej zeru bezwzględnego i zmuszając cząsteczki para- i ortowody do samodzielnego rozdzielenia się na dwa obozy, które się nie stykają. Udało się to osiągnąć dzięki zamianie wody w rodzaj pary – niezwykle rozrzedzonej mieszaniny cząsteczek wody i atomów argonu, która nie zestala się nawet w bardzo niskich temperaturach. Po przygotowaniu odpowiedniej ilości tej mieszaniny naukowcy przepuszczali ją przez potężny generator pól elektrostatycznych. Rozdzielił się na dwa wąskie strumienie cząsteczek, z których jeden składał się tylko z parawody, a drugi tylko z ortowody. Strumienie zderzyły się z chmurą innego gazu, składającego się z jonów wapnia i diazenylium - kruchej kombinacji dwóch atomów azotu i jednego atomu wodoru. Diazenylium, który aktywnie oddziałuje z wodą nawet w bardzo niskich temperaturach, dając jej nadmiar wodoru, stał się jednym z pierwszych międzygwiazdowych związków chemicznych odkrytych przez astronomów w kosmosie w ciągu ostatnich 50 lat. Bombardując tę ​​chmurę i strumienie promieniami ultrafioletowymi, naukowcy byli w stanie prześledzić, w jaki sposób obie formy wody oddziałują z diazenylium i odkryć kilka interesujących właściwości para- i ortowody. Przykładowo okazało się, że parawoda znacznie szybciej i aktywniej reaguje z cząsteczkami N2H, co wskazuje na znaczne różnice w ich „zachowaniu” i oddziaływaniach chemicznych.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Szanse na spotkanie z kosmitami są prawie zerowe

▪ Nauka matematyki wpływa na rozwój mózgu

▪ Zamiana na urządzenia do noszenia Samsung

▪ Samochodowe urządzenie komunikacyjne Bluetooth

▪ Idealne protezy naczyniowe

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ w dziale Eksperymenty Fizyczne. Wybór artykułów

▪ artykuł W życiu zawsze jest miejsce na wyczyn. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Jak pszczoły robią miód? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Kierownik działu księgowości. Opis pracy

▪ artykuł Zgrzewanie punktowe na dławikach. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Specularity papieru. eksperyment fizyczny

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024