CMOS インバーターのバンドパスフィルター。スキーム、説明

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CMOS インバータのバンドパスフィルタ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アクティブバンドパスフィルターは、この周波数領域で大きく、他の多くの特性において理想から程遠いコイルを放棄することができるため、特に低周波数においてパッシブバンドパスフィルターよりも大きな利点があります。アクティブバイクワッドフィルタは高い安定性と安定性を備えており、バンドパスフィルタモードで100を超える品質係数を得ることができます。オペアンプで構築されたこのようなフィルタの典型的な回路を図に示します。 1.

CMOSインバーターのバンドパスフィルター

バイクワッドフィルターでは、加算積分器が入力からローパスフィルターの出力電圧を減算します (位相が 180 度ずれています) - 遷移セクションより下の周波数では、これらの信号は互いに打ち消し合い、出力は信号が大幅に減衰します。増加して遷移セクションに入ると、積分器の減少する出力信号は入力を補償しなくなるため、フィルター出力の信号レベルが増加します。周波数がさらに増加すると、積分器の周波数応答のロールオフによって出力信号が減衰し、バンドパスフィルターの周波数応答の形成が完了します。

バイクアッドフィルターの欠点は、アクティブな要素の数が増加することです。このような条件下で有望なのは、能動素子として CMOS インバータを使用することです。CMOS インバータは線形モードで動作でき、自励傾向がないことや動作周波数が高いなど、オペアンプに比べて多くの利点があります。。そして通常はコストが安くなります。

考慮されているアクティブ要素の欠点の中で、増幅が小さい（30 ... 50 dB）ことに注目します。ただし、バイクワッドフィルターには高いゲイン要件がないため、この欠点は能動素子として CMOS インバーターを使用する際の障害にはなりません。

CMOS 構造の最も一般的なマイクロ回路の 561 つである K2LN2 には、XNUMX つのパッケージに XNUMX つのインバーターが含まれており、XNUMX 次のバンドパスフィルターを構築できます。 XNUMX つの XNUMX 次フィルターをカスケード接続することによって得られるこのようなフィルターの回路を図に示します。 XNUMX.

CMOSインバーターのバンドパスフィルター

両方の 1 次フィルタが同一であり、一般的なオペアンプフィルタと構造が似ていることが簡単にわかります (図 XNUMX を参照)。フィルタには XNUMX つの出力があり、その信号は逆位相になります。

フィルタによって消費される電流は、抵抗 R13 を選択することによって設定されます。この場合、電源電圧は 5 ～ 15 V の範囲で変化します。電源電流が減少すると、アクティブフィルタ要素のゲインは増加しますが、周波数特性が劣化し、出力インピーダンスが増加します。消費電流は 0,5 ～ 2 mA の範囲が最適であると考えられます。

図に示されている定格では、フィルタの中心周波数 fo=1000 Hz、帯域幅 Δf=100 Hz、透過係数 Кп=10 になります。その他のパラメータについては、次の方法でフィルタを計算できます。

入力リンク С2=C3=С および R3=R4=R5=R を設定しましょう。 R、R1、R2 を計算します: R=1/(2πf0∙C); R1=Q/(2π・f0・C)・√Kp; R2=Q/(2πf0・C); Q=f0/Δf'、ここで Δf'=Δf/v2-n、Q はフィルタの品質係数です。 n は XNUMX 次のカスケードリンクの数です。

必要に応じて、フィルターを使用してパラメーターを独立して調整できます。したがって、入力リンクの中心周波数 fo は、抵抗 R3、品質係数 Q - R2、伝達係数 Kp - R1 を選択することによって調整できます。

K561LN2 チップのインバータ上に構築されたフィルタの動作周波数は、数百 kHz に達することがあります。 KR1564、74AC、74NS シリーズの同様のマイクロ回路を使用すると、動作周波数が 10 ～ 15 倍増加します。

考慮されているフィルタの特徴の 1 つは、中心周波数が変化しても帯域幅が変化しないことです。また、R3=R2の場合、リンクゲインは比R1/R1で決まります。リンクの入力抵抗は抵抗器 R10 の抵抗より大きく、出力は 15 ～ XNUMX kOhm です。活性元素の最終的な増幅により、計算値と比較して品質係数がいくらか増加する可能性があります。

試作の結果、フィルタの調整が容易であること、実特性と計算値が良く一致していること、安定性が高いことが確認されました。

文学

Folkenbury L. オペアンプとリニア IC の使用 (英語から翻訳)。 - M. ミール、1986 年、598 ページ。

著者: D.Onyshko、ノボチェルカッスク、ロストフ地域。

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