Grundlegendes zu einem Bainter-Schaltkreis (Chebychev-Filter)

Als Teil einer Klasse in Signalverarbeitung baue ich einen Chebychev-Band-Sperrfilter 3. Ordnung. Wir implementieren dies mithilfe von drei kaskadierenden Bainter-Schaltkreisen. Obwohl ich nicht Teil der Klasse bin, habe ich eine Frage zur Verstärkung der Bainter-Schaltung.

Ich versuche, ein Skript zu schreiben, das die Komponentenauswahl unter Verwendung der Eckfrequenzen und der maximalen Gesamtverstärkung als Entwurfsregeln automatisiert, habe jedoch Probleme bei der Berechnung der Gesamtverstärkung.

Würde ich zur Berechnung der Gesamtverstärkung einer Bainter-Stufe einfach die einzelnen Verstärkungen der drei Operationsverstärkerabschnitte berechnen? Der Gesamtgewinn wäre dann das Produkt der drei Einzelgewinne?

Um die Gesamtverstärkung einer Bainter-Stufe zu berechnen, würde ich einfach die einzelnen Verstärkungen der drei Operationsverstärkerabschnitte berechnen. Der Gesamtgewinn wäre dann das Produkt der drei Einzelgewinne?

Die kurze Antwort lautet: Ja, Sie können sie (wahrscheinlich) einzeln analysieren.

Wenn Sie fragen, was passiert, wenn Sie mehrere analoge Filterstufen kaskadieren, müssen Sie folgende Fragen stellen: Wie hoch ist die Quellenimpedanz der ersten Stufe und wie hoch ist die Lastimpedanz der zweiten Stufe? Wenn eine Schaltungsstufe eine große und komplizierte Ausgangsimpedanz hat, kann das Laden mit einer anderen Stufe ihr Verhalten ändern. Bei der Arbeit mit passiven Filtern ist dies ein großes Problem: Wenn die Lastimpedanz jeder Stufe nicht wesentlich größer als die Quellenimpedanz der vorherigen Stufe ist, führen kaskadierende passive Filterabschnitte zu komplizierten Änderungen des Verhaltens jeder Stufe.

Eine der Attraktionen von auf Operationsverstärkern basierenden Schaltungen besteht darin, dass Operationsverstärker im Allgemeinen eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz haben; Für den idealen Operationsverstärker gibt es keine Ausgangsimpedanz. Darüber hinaus haben die Operationsverstärkereingänge selbst im Allgemeinen eine sehr hohe Eingangsimpedanz, idealerweise unendlich. Dies bedeutet, dass Schaltungsabschnitte, deren Ausgänge op-amp-gesteuert sind, im Allgemeinen kaskadiert werden können, ohne dass eine Stufe das Verhalten einer anderen ändert.

Betrachten Sie dieses Schema einer Bainter-Kerbe (entnommen aus einer Veröffentlichung von Analog Devices):

Das "Notch Out" wird vom Ausgang eines Operationsverstärkers angesteuert. Somit hat diese Schaltung eine sehr kleine Ausgangsimpedanz. Mit anderen Worten ist die Spannung bei "Notch Out" relativ unempfindlich gegenüber der angeschlossenen Last. Diese Ausgangsimpedanz ist mit ziemlicher Sicherheit viel niedriger als die Eingangsimpedanz.

So können Sie in der Entwurfsphase mehrere kaskadierte Kerbschaltungen separat analysieren und einfach ihre Übertragungsfunktionen miteinander multiplizieren. Nachdem Sie ein Design auf diese Weise erstellt haben, möchten Sie möglicherweise die gesamte Schaltung in SPICE simulieren, um das Verhalten aufgrund von Nichtidealitäten des Operationsverstärkers usw. zu überprüfen.

Verweise

• " Aktiver Filter hat eine stabile Kerbe und das Ansprechverhalten kann reguliert werden " in Electronics , 2. Oktober 1975. Originalartikel, der die Schaltung beschreibt.
• " Wie man Knotengleichungen für aktive Schaltungen schreibt ", von Herrn Bainter selbst.

Folgendes habe ich am Ende getan.

Als ich eine Stufe des Bainter baute, wusste ich, dass der erste Opamp ein invertierender Puffer für die Einheit war. So konnte ich leicht die Leistung überprüfen. Ich wusste, dass die nächsten beiden Stufen ein Hochpass bzw. ein Tiefpass waren. Ich wusste nicht genau, mit welcher Frequenz sie brechen würden, aber ich konnte ihre Leistung grob überprüfen.

Nachdem der Bainter zusammengestellt war, konnte ich die Gleichstromverstärkung und die Sprungantwort mit Matlab berechnen. Ich habe diese beiden Eigenschaften am tatsächlichen Bainter gemessen und verglichen. Wenn sie einigermaßen nahe waren, ging ich zur nächsten Bainter-Stufe über und wiederholte sie.

Nachdem alle drei Bainter-Stufen gebaut waren (für einen Filter 3. Ordnung), verdrahtete ich sie in der Reihenfolge der niedrigsten bis höchsten Gleichstromverstärkung.

Am Ende hatte ich einen ziemlich genauen Chebyshev-Filter.

Danke für die Eingabe.