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可通过单个电位器调节的简单低通滤波器

2024-07-05 17:08:32 MICHAEL A.SHUSTOV 阅读:
本文提出了一种在运算放大器上的简单带通RC和LR滤波器方案,该方案仅包含一个电容器或电感器和三个电阻器···

本文提出了一种在运算放大器上的简单带通RC和LR滤波器方案,该方案仅包含一个电容器或电感器和三个电阻器。并对所提出的滤波器的幅频特性与Robert Allen Pease的RC滤波器及其改进的LR变体进行了比较。pEDednc

在整套简单的低频滤波器中,Sallen-Key滤波器最引人注目。尽管这些滤波器外观简单,但设置起来却非常困难,需要使用协调部件。pEDednc

RC滤波器由乔治·菲尔布里克研究员公司的工程师Robert Pease于1971年提出(图1),它具有几个独特的特性。它非常简单,其谐振频率仅由一个电位器R2控制,滤波器的传输系数几乎与该电位器的电阻值无关。调节电位器R2时,该滤波器的幅频特性如图1所示。pEDednc

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图1:Pease RC滤波器电路图及其幅频特性,其中R2为:1)10.0kΩ;2)3.0kΩ;3)1.0kΩ;4)0.3kΩ;5)0.1kΩ;6)0.03kΩ。pEDednc

对Pease电路稍加修改,用电感代替电容,我们就得到了一个改进的滤波电路。改进的LR滤波器在R2电位器调整过程中的幅频特性如图2所示。pEDednc

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图2:改进型LR滤波器的电路图及其幅频特性,其中R2为:1)0.03kΩ;2)0.1kΩ;3)0.3kΩ;4)1.0kΩ;5)3.0kΩ;6)10.0kΩ。L1=L2=20mH。pEDednc

除了运算放大器之外,上述滤波器每个都包含5个元件。但是,也可以提供更简单的滤波器,仅包含4个元件,其中元件R3+R4可以用一个电位器代替。pEDednc

图3中RC滤波器的“谐振”频率由以下表达式确定:pEDednc

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其中f0单位为Hz,R单位为Ω,C单位为F,a是一个常数,取决于运算放大器的型号。pEDednc

因此,例如对于LM324,a≈426。滤波器Q的等效Q因子与以下表达式成比例:pEDednc

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其中b是常数(b≈110)。pEDednc

在计算中:C=C1;R=R3+R4。因此,滤波器的“谐振”频率仅取决于元件R=R3+R4和C=C1的标称值。R2/R1的比值不影响“谐振”频率,而仅影响滤波器的等效品质因数的值和滤波器在“谐振”频率下的传输系数。pEDednc

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图3:RC滤波器的电路图,通过电位器R4调整“谐振”位置。pEDednc

RC滤波器的幅频特性如图4所示。pEDednc

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图4:当电阻值R=R3+R4变化时,RC滤波器的幅频特性随“谐振”位置的调整而变化。pEDednc

用电感器L1代替电容器C1,并调换频率决定元件R和L,我们就得到了滤波器的LR版本,如图5所示。其幅频特性随R值的变化如图6所示。pEDednc

图3中LR滤波器的“谐振”频率由以下表达式确定:pEDednc

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其中f0单位为Hz,R单位为Ω,L单位为H,a为常数。R2/R1的比值对参数的影响与之前相同。pEDednc

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图5:LR滤波器电路图,通过电位器R4调整“谐振”位置。pEDednc

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图6:当电阻值R=R3+R4变化时,LR滤波器的幅频特性随“谐振”位置的调整而变化。pEDednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Simple low-pass filters tunable with a single potentiometer,由Ricardo Xie编译)pEDednc

责编:Ricardo
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