Всем привет. Один из моих домашних проектов потребовал от меня создать фильтр низких частот. Я подумал, было бы не плохо поделиться методикой, которой пользуюсь я, для реализации этой задачи.
Постараюсь дать минимум теории и максимум практики. Статья обещает быть короткой, но ёмкой.
Итак, в современной методике разработки электроники многие разработчики сначала моделируют поведение схемы в программах, затем закладывают получившуюся схемотехнику в проект. Не буду отклоняться от этой методике. Используемый софт: SMath Solver, Tina-TI.
Итак, исходные данные: ФНЧ с частотой среза около 138 Гц, коэф. затухания 40 дБ/дек, коэф. усиления 1.
Для реализации идеи я выберу топологию фильтра Салена-Ки. Почему её? Да вот не знаю. Исторически у меня так повелось, что использую именно этот вариант. Зарекомендовала себя эта схемотехника достаточно хорошо.
Общая схема одного звена такого фильтра выглядит так.
В чем суть расчета.
- Определяемся с типом фильтра.
- Выбираем коэффициенты.
- Задаемся ёмкостью конденсатора С1.
- Рассчитываем R1, R2, C2.
Теперь по-порядку.
Со схемотехникой разобрались, выбираем тип фильтра. Я знаю три вида фильтра (в зависимости от вида АЧХ): Баттерворт, Бессель, Чебышев. Да, какой именно фильтр у нас получится зависит от коэффициентов, а от них зависят номиналы компонентов. Схемотехника у всех одинакова.
Определяемся с типом фильтра
Мне нужен фильтр Бесселя, так как он обладает равномерной АЧХ в полосе пропускания. Для решения этой задачи важна равномерность АЧХ в полосе пропускания. Например, фильтр Чебышева имеет очень узкую переходную характеристику (т.е. очень резки спад на АЧХ при переходе от полосы пропускания к полосе заграждения), но и не равномерность АЧХ в полосе пропускания тоже имеется.
Вот пример АЧХ Чебышева, Баттерворта и Бесселя.
Короче, тут целая теория. Если будет запрос от аудитория - я расскажу про то, из каких соображений выбирается тот или иной вид фильтра. А пока, переходим к пункту 2.
Выбор коэффициентов.
Тут всё просто. Есть два варианта: рассчитывать коэф. самостоятельно или использовать табличный метод. Я пользуюсь вторым вариантом. Есть таблицы с рассчитанными коэф-тами. Да и гуглятся эти таблицы быстро. Я приведу лишь для Бесселя.
Затухание 40 дБ/дек (из задания) намекает на фильтр второго порядка. Значит мои коэф-ты: 1,3617 и 0,6180.
Задаемся ёмкостью конденсатора С1.
Для начала расчетов выбираем ёмкость конденсатора C1 равной 22 пФ. Из каких соображений именно такая ёмкость я не скажу, может мне подскажут в комментариях (да, да. Я тоже далеко не всё знаю), но исходя и практики, емкость в десятки пФ - это достаточно рабочий вариант.
Рассчитываем R1, R2, C2.
Тут самое интересное. Я все формулы забил в SMath Solver. Это такой продвинутый калькулятор, бесплатный для домашнего использования.
Суть простая. Берем готовые формулы и подставляем в них исходные данные. Особенность - ёмкость С2 выбираем больше или равной расчетной.
В итоге, выбираем номиналы компонентов из доступных рядов, максимально близко к расчетным.
Заключительный этап. Моделируем схему в любой доступной программе. Я использую Tina-TI от Texas Instruments.
Результаты такие
Как видим, затухание в 1,41 раз (3 дБ) на частоте 137.45 Гц. Очень близко к расчетным. Меня устраивает. В последующих заметках я расскажу из каких соображений выбирается конкретный ОУ для фильтра.
На связи был SamOn. Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, если был полезен, ибо только так я могу судить о том, интересно вам или нет! Если заметили какую-либо неточность или у вас есть что сказать - добро пожаловать в комментарии!