CMOS 反相器上的带通滤波器。方案、说明

CMOS 反相器上的带通滤波器。无线电电子电气工程百科全书

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有源带通滤波器比无源带通滤波器具有显着的优势，特别是在低频下，因为它们可以放弃在此频率区域内较大且在许多其他特性上远非理想的线圈。有源双二阶滤波器具有较高的稳定性和稳定性，这使得在带通滤波器模式下可以获得超过100的品质因数，这种基于运算放大器的滤波器的典型电路如图1所示。 XNUMX.

CMOS 反相器上的带通滤波器

在双二阶滤波器中，求和积分器从输入中减去低通滤波器的输出电压（它们异相 180 度）。 - 在低于过渡部分的频率下，这些信号相互抵消，输出信号明显衰减。当它增加进入过渡部分时，积分器减少的输出信号不再补偿输入，因此滤波器输出处的信号电平增加。随着频率的进一步增加，积分器的频率响应的滚降提供了输出信号的衰减，并完成了带通滤波器的频率响应的形成。

双二阶滤波器的缺点是有源元件数量增加。在这些条件下，可以考虑使用 CMOS 反相器作为有源元件，它可以在线性模式下工作，并且与运算放大器相比具有许多优点，例如，不存在自激倾向以及提高工作频率。而且成本通常较低。

在所考虑的有源元件的缺点中，我们注意到它们的放大较小（30 ... 50 dB）。然而，鉴于双二阶滤波器没有高增益要求，这一缺点并不妨碍使用CMOS反相器作为有源元件。

CMOS 结构最常见的微电路之一 - K561LN2 - 在一个封装中包含六个反相器，这使得构建四阶带通滤波器成为可能。这种滤波器的电路由两个二阶滤波器级联而成，如图 2 所示。 XNUMX.

CMOS 反相器上的带通滤波器

很容易看出，两个二阶滤波器是相同的，并且在结构上与典型的运算放大器滤波器相似（见图 1）。该滤波器有两个输出，其上的信号是反相的。

滤波器消耗的电流通过选择电阻器 R13 来设置。在这种情况下，电源电压可以在 5 ... 15 V 范围内变化。随着电源电流的减小，有源滤波器元件的增益增加，但它们的频率特性恶化并且输出阻抗增加。电流消耗应被认为在 0,5 ... 2 mA 范围内是最佳的。

根据图中所示的额定值，滤波器的中心频率fo=1000Hz，带宽Δf=100Hz，传输系数Кп=10。对于其他参数，可以使用以下方法计算滤波器。

让我们设置输入链接 С2=C3=С 和 R3=R4=R5=R。计算R、R1和R2：R=1/(2πf0∙C)； R1=Q/(2π∙f0∙C)∙√Кп; R2=Q/(2πf0∙C)； Q=f0/Δf'，其中Δf'=Δf/v2-n，其中Q是滤波器的品质因数； n为二阶级联链路数。

如有必要，过滤器允许独立调整参数。因此，输入链路的中心频率fo可以通过选择电阻R3、品质因数Q-R2、传递系数Kp-R1来调节。

基于K561LN2芯片的反相器构建的滤波器的工作频率可以达到数百千赫兹。使用KR1564、74AC、74NS系列的类似微电路将使工作频率提高10...15倍。

所考虑的滤波器的特征之一是当中心频率改变时带宽保持不变。另外，当R1＝R3时，链路增益由比率R2/R1决定。该链路的输入电阻大于电阻器 R1 的电阻，输出为 10 ... 15 kOhm。与计算值相比，活性元素的最终放大可能导致品质因数有所增加。

原型设计结果证实了滤波器调节的简便性、实际特性与计算特性之间的良好一致性以及高稳定性。

文学

Folkenbury L. 运算放大器和线性 IC 的使用（译自英文）。 - M. Mir，1986 年，598 页。

作者：D.Onyshko，新切尔卡斯克，罗斯托夫州。

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