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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Filtro de paso de banda en inversores CMOS. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Los filtros de paso de banda activos tienen importantes ventajas sobre los pasivos, especialmente en bajas frecuencias, ya que permiten abandonar bobinas que son grandes en esta región de frecuencia y que están lejos de ser ideales en muchas otras características. Un filtro biquad activo tiene una alta estabilidad y estabilidad, lo que permite obtener un factor de calidad superior a 100 en el modo de filtro de paso de banda. En la fig. 1.
En un filtro biquad, el integrador sumador resta el voltaje de salida del filtro de paso bajo de la entrada (están desfasados 180 grados). - A una frecuencia por debajo de la sección de transición, estas señales se cancelan entre sí y la salida La señal se atenúa significativamente. Cuando, al aumentar, ingresa a la sección de transición, la señal de salida decreciente del integrador ya no compensa la entrada, por lo que el nivel de la señal en la salida del filtro aumenta. Con un aumento adicional de la frecuencia, la reducción de la respuesta de frecuencia del integrador proporciona una atenuación de la señal de salida y completa la formación de la respuesta de frecuencia del filtro de paso de banda. La desventaja de un filtro biquad es el mayor número de elementos activos. En estas condiciones, se puede considerar prometedor el uso de inversores CMOS como elementos activos, que pueden funcionar en modo lineal y tienen una serie de ventajas sobre los amplificadores operacionales, por ejemplo, la ausencia de tendencia a la autoexcitación y una mayor frecuencia de funcionamiento. Y el coste suele ser menor. Entre las desventajas de los elementos activos considerados, destacamos su pequeña amplificación (30 ... 50 dB). Sin embargo, dado que los filtros biquad no tienen requisitos de alta ganancia, esta desventaja no es un obstáculo para el uso de inversores CMOS como elementos activos. Uno de los microcircuitos CMOS más comunes, el K561LN2, contiene seis inversores en un paquete, lo que le permite construir un filtro de paso de banda de cuarto orden. El circuito de dicho filtro, obtenido conectando en cascada dos filtros de segundo orden, se muestra en la Fig. 2.
Es fácil ver que ambos filtros de segundo orden son idénticos y similares en estructura a un filtro de amplificador operacional típico (ver Fig. 1). El filtro tiene dos salidas, cuyas señales están en antifase. La corriente consumida por el filtro se establece seleccionando la resistencia R13. En este caso, la tensión de alimentación puede variar entre 5...15 V. A medida que disminuye la corriente de alimentación, aumenta la ganancia de los elementos filtrantes activos, pero sus propiedades de frecuencia se deterioran y aumenta la resistencia de salida. El consumo de corriente óptimo debe considerarse dentro del rango de 0,5...2mA. Con los valores indicados en el diagrama, el filtro tiene una frecuencia central fo=1000 Hz, un ancho de banda Δf=100 Hz y un coeficiente de transmisión Кп=10. Para otros parámetros, el filtro se puede calcular utilizando el siguiente método. Establezcamos para el enlace de entrada C2=C3=C y R3=R4=R5=R. Calculemos R, R1 y R2: R=1/(2πf0∙C); R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C); Q=f0/Δf', donde Δf'=Δf/v2-n, donde Q es el factor de calidad del filtro; n es el número de enlaces en cascada de segundo orden. El filtro permite el ajuste independiente de los parámetros, si es necesario. Por tanto, la frecuencia central fo del enlace de entrada se puede ajustar seleccionando la resistencia R3, el factor de calidad Q - R2 y el coeficiente de transmisión Kp - R1. La frecuencia de funcionamiento del filtro integrado en los inversores del chip K561LN2 puede alcanzar cientos de kilohercios. El uso de microcircuitos similares de las series KR1564, 74AC, 74NS aumentará la frecuencia de funcionamiento entre 10 y 15 veces. Una de las características del filtro considerado es que el ancho de banda permanece sin cambios cuando cambia la frecuencia central. Además, cuando R1 = R3, la ganancia del enlace está determinada por la relación R2/R1. La resistencia de entrada del enlace es mayor que la resistencia de la resistencia R1, la resistencia de salida es de 10... 15 kOhm. El refuerzo final de los elementos activos puede provocar un ligero aumento del factor de calidad en comparación con el valor calculado. Los resultados de la creación de prototipos confirmaron la facilidad de ajuste del filtro, la buena concordancia entre las características reales y las calculadas y su alta estabilidad. Literatura Folkenbury L. El uso de amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales (traducido del inglés). - M. Mir, 1986, 598 p. Autor: D.Onyshko, Novocherkassk, región de Rostov.
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