Band Pass Filters with tuneable Center Frequency: Ave Laboratory

בסביבות מעבדה, היכולת לבודד טווחי תדר ספציפיים היא יסודית בניסויים באלקטרוניקה, אקוסטיקה, תקשורת ומכשיר ביו-רפואי.- ⁇ קבועים הם שימושיים עבור משימות חוזרות, אבל הזדונות עוברים מסננים מציעים את הגמישות הדרושה כדי להתאים לתנאי בדיקה שונים, אב-טיפוס במהירות, ולחקור תופעות תלויות בתדר ללא שחזור מעגלים.

מימון של Band Pass Filters

(הופנה מהדף ויקרא י"ד) "התערות" (התחילה) הן יכולות לנבא את התדירות של שלוש הפרמטרים המרכזיים (FLT:0fphigFLT:1hilFLT) בעוד ש- 2003 מעלות צלזיוס) מסייעות לתדירות רוחב פס גבוהה יותר (BW), וגורם איכות (QFLT:4FLT:5reacio) רחב יותר, לעומת זאת, כלומר, בטווח הקצר של רוחב פס של ספקטרום של ספקטרום (DV) הוא נמוך יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, צמצם את רוחב פס עליון (DV).

עיצוב גישות עבור תדירות

קיימות אסטרטגיות רבות כדי להפוך את תדירות המרכז להתאמה, כל אחת עם עצירות מסחר בעלות, מורכבות, טווח תדר, לינאריות ויציבות.

מכונאי Tuning

השיטה הפשוטה ביותר משתמשת קפצויים משתנים (trimmers, Air-gap tuning capacitors) או ממריצים משתנים (sling-tuned coils) Turning a בורג או מחייג משנה את ה- capacitance או inductance, שינוי תדירות resonant של מעגל LC . גישה זו פועלת היטב עבור אבטיפוס נמוך, יכול להיות מיושם עם מ- off-the-fre-a-a-fing הוא עשוי להיות קבוע של רכיבים סטנדרטיים עם מצופה של תאים מתכתבאטים עם קיבולת 5, או חיתוך סטנדרטיים, עם קיבולת סטנדרטיתיקים, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת של תאים מתכתית, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת של 5 קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת של תאים גמישה, עם קיבולת מוגבלת של תאים גמישה, עם קיבולת מוגבלת של תאים סטנדרטית עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת של קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, עם קיבולת מוגבלת, 000 מתאים

אלקטרוניקה Tuning with Varactor Diodes

Varactor diodes (varicaps) הם מכשירים למחצה כי הצומת שלהם קיבול משתנה עם מתח הטיה לאחור. על ידי הצבת אדרקטור במקביל עם אינדוקטור קבוע או בתוך רשת משוב של מסנן פעיל, תדירות המרכז יכול להיות מבוקרת היטב את הטיות. - שיטה זו מאפשרת כוונון מרחוק או אוטומטי באמצעות מקור DC, ממיר דיגיטלי-to-toanaloger (C), או מיקרו-בקר מדויק (C) הם מופעלים).

Capacitor ו- Digitally Controlled Potentiometers

עבור יישומים נמוכים יותר (audio to low RF), מסננים מעבורת ומיקרוסקופים מבוקרים דיגיטלית חזקים מציעים כוונון מדויק, חוזר על עצמו. מסננים משתמשים אותות שעון כדי לדמות מתנגדים משתנים; על ידי שינוי תדירות השעון, ההתנגדות המקבילה ובכך שינוי פינות של מסנן (Rateron) הם משולבים שבבים כמו LTC64 או MF.

עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) ופילטרים מבוססי תוכנה

במעבדות מודרניות, מסננים רבים מיושמים דיגיטלית באמצעות מערך השערים הניתן להגדרה (FPGAs), מעבדי אות דיגיטליים (DSPs), או תוכנה במחשב. מסנן של להקה דיגיטלית יכול להיות את ה- coefficients שלה מחדש בזמן אמת כדי לשנות את תדירות המרכז ללא שינוי חומרה. גישה זו מציעה גמישות אינסופית, שיפור מושלם, ויכולת ליישם צורות מורכבות (ptic, Cheshlogi) ו-to-intrars סטנדרטיים, וכו '.

בחירה ועינויים

בחירת טופולוגיה נכונה תלויה בטווח התדר, נדרשת Q, צריכת חשמל, וקלות של כוונון. להלן הן תצורה אנלוגית נפוצה המתאימה למעבדה prototyping.

LC Resonant Band Pass Filter

סדרה פשוטה או מקבילה מעגל טפסים להקה שנייה לעבור מסנן.התדירות המחודשת היא (FLT:0) LCFLT:1OVAFLT:20igFLT 3: = 1 / (2 ⁇ (LC) על ידי החלפת ה-Facitor הקבוע עם אדארקטור או ציפוי משתנה, כוונון רוחב הפס נקבע על ידי עומס ההתנגדות או על ידי הוספת סדרה גבוהה (K) לשימוש נמוך יותר, QG (F) עבור שימוש ב-F).

פילטר Active topologies: Sallen-Key and Multiple Feedback

עבור תדרים עד כמה מגה-הרץ, מסננים פעילים באמצעות דגימת תצורה מספקים כוונון קל יותר ולהימנע מ inducance. Sallen-Key (Single-amplifier biquad) טופולוגיה משתמשת בשני מתנגדים ושני קפצויים כדי להגדיר את התדירות המרכזית ו- Q. Tuning ניתן להשיג על ידי ביצוע אחד או שניהם של משתנים (באמצעות רב-עוצמה דיגיטלית) או על ידי מעבר ל- capacit רחב יותר של רוחב (Kera) אבל יש צורך) כדי לעצור את ה-ampt) כדי לעצור את ה-avt) כדי לעצור את ה-avt) עם הפחתת ה-ampning יותר.

פילטרים מבוססי GRATOR

עבור יישומים אודיו ונמוך קידוד, מעגלים גלטור לדמות אינדוקטריציה באמצעות דגימה ו capacitors. על ידי שילוב גלטור עם capacitor, LC טונה יכול להיות בנוי ללא אינדוקטורים פיזיים. Tuning מושג על ידי שינוי inductance (באמצעות נוגדנים משתנים או Transconductance amplator). שיטה זו היא נפוצה בעיצובים פיזיים (מדומים).

שלב-בי-שלב יישום: בניית Varactor-Tuned LC Band Pass Filter

בואו לבנות להקה מעשית המתאימה להתאמה לסינון לשימוש במעבדה, המכסה את טווח 10-100 MHz.דוגמה זו משתמשת דיודה אדרקטור עבור כוונון אלקטרוני.

  1. (FLT:0Select את המלומד.FLT:1) בחר ספקול אווירי גבוה עם ערך סביב 1 μH. עבור טווח התדר, 1 μH inductor resonates עם 5-50 pF capacitor ב 22-70 MHz.
  2. (FLT:0) בחר את הדירקד ה- varactor.veFLT:1) בחירה פופולרית היא סדרת BB800 או NXP BB640. Datasheets לספק קפיקט לעומת מתח הפוך; בדרך כלל 2-5 pF בשעה 10 V ו-20-30 pF בשעה 1 V. Plan כדי לפעול מעל 2-25 עבור כוונון.
  3. (FLT:0) לעצב את רשת ההטיה.FLT:1 יש להטיה דרך התנגדות בעלת ערך גבוה (למשל, 100 k ⁇ ) לבודד את מעגל RF ממתח הבקרה DC. הוסף סדרה capacitor (100 pF) לחסום DC מדרך האות.
  4. (FLT:0Build the resonant Tank.FLT:1 Connect) ה- varactor במקביל עם אינדוקטור. עבור הקלט והפלט הפיכה, השתמש ב- capacitors קטנים (למשל, 1 pF) כדי ליצור את האות ולשמור על גבוה Q. לחלופין, להשתמש במשט או להפוך עבור התאמה אימפולסיבית.
  5. (ב) (ב) ,0) הוספת שלבים קלט/ ⁇ buffer: ⁇ ⁇ 1) השתמש בדגימה מהירה (למשל, AD8055) או מגבר משותף לבודד את המסנן ממקור ועומסים.
  6. (FLT:0)Power and control.FLT:1 לספק מקור מתח יציב DC להטיה varactor (למשל, 0-25 V אספקת או DAC המונע על ידי מיקרובקר).
  7. (ב) ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא (ב') ו'[[ה') ב'[[המאה ה', [[המאה ה']], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]

עיצוב בסיסי זה ניתן להרחיב לפילטר פעיל מסדר שני על ידי החלפת מיכל LC עם MFB טופולוגיה באמצעות varactors. עבור סלקטיבית גבוהה יותר, שלבים מרובים קסקיה או להשתמש בעיצוב של אד-רונסון משותף.

טכניקות מתקדמות: פילטרים ותדירות גבוהה סינתזזה

עבור מתקנים אוטומטיים מעבדה, כוונון אלקטרוני מלא עם לולאה ממונעת בשלב (PLL) יכול ליצור מסנן הלהקה מעקב אחר כי בעקבות מקור אות. A PLL מתאים את התדירות המרכזית של מסנן כדי להתאים עם הפניה חיצונית, שמירה על יחס האות אופטימלי ל-RPS. גישה אחרת משתמשת ב-Switchededed Banks: מסננים קבועים בשילוב עם מתג דיגיטלי (למשל, מספרx) כדי לשרת את ה-S באופן מדויק יותר מדיום (באמצעות רכיבי מעבדה).

יישומים מעשיים במעבדה

פילטרים של הלהקה עוברים מסננים משמשים בתרחישים ניסיוניים מגוונים:

  • (FLT:0) ניתוחי פרטים: 1FLT ב מנתח ספקטרום (או בדיקה פשוטה), טעת טונה יכולה להפחית את עיוות על ידי הסרת אותות חזקים מחוץ לפס לפני זיהוי.
  • בדיקה:0 (Acoustic Testing:FLT:103) עבור תגובת תדירות הדובר, מסנן טוטלי מבודד octaves מסוים או להקות צרות כדי להעריך עיוות והתחדשות.
  • (FLT:0)Bioרפואי אותות:FLT:1 EEG ו- ECG מערכות לעתים קרובות צריך מסננים טוטליים כדי להסיר רעש קו (50/60 הרץ) תוך שמירה על להקות קליניות. A varactor-tunedתאום-Tch או פס הלהקה לעבור ניתן להתאים לכל נושא.
  • (FLT:0) ניסויים בתקשורת: FLT:1 בכיתות מעבדה RF, התלמידים בונים מסנן IF טוטלי כדי להביןסלקטיביות, רוחב פס, אובדן החדרה.
  • (ב) ⁇ :0) ,ההתמדה: (בקיצור: 1FLT:1 Lock-in amplifiers) משתמשים בלהקות טוטליות להעביר מסננים כדי לחלץ אותות קבורים ברעש על ידי שטף תדירות ההתייחסות.

על ידי החלפת רכיבים קבועים עם טוטלי טוטלי, החוקרים יכולים להסתגל במהירות לניסויים חדשים ומחקרים מפרשיים.

מלכודות נפוצות ופתרון בעיות

בניית מסנן טוטלי כוללת מספר אתגרים. להלן הן בעיות תכופות ותרופות.

  • (FLT:0)Parasitic Capacitance and Inductance: FLT:1 הפריסה PCB ו-Fronboard נוחתות על ידי לוח זמנים יכול לשנות את התדירות המרכזית באופן בלתי צפוי.
  • (FLT:0)Varactor Non ליניאריity:FLT:1) העמידות נגד מתח הוא לא ליניארי.עבור טווחי כוונון רחב, התגובה התדירות עלולה להפוך מעוות או רוחב הפס עשוי להשתנות.
  • (FLT:0) Temperature Drift:FLT3 מחנכים ו- capacitors יש coefficients טמפרטורה. Air-core inducators ו- NPO capacitors יציבים; varactors מפגינים כמה סחף.אם דיוק נדרש, לסגור את המסנן בתא מבוקר טמפרטורה או להשתמש בתיקון דיגיטלי.
  • (FLT:0) ,Impedance Mismatch:FLT:1 בתדירות המחודשת, חוסר החסימה של המסנן עשוי להתאים בצורה גרועה בציוד מבחן, גרימת השתקפות ו- ripple. השתמש במגברי buffer המיועדים ל-50 מערכות ⁇ (או 75 ⁇ ) או לכלול רשת טרנספורמציה מאולתלתלתלתלתלתלתלתלתלתלתלתר.
  • <חזק> רעש ו Ripple: כוונון אלקטרוני עם מתח בקרה רועש מזרקת פסים.פילטר קו הטיה עם מסנן RC נמוך (<10 Hz חיתוךוף) ולהשתמש בהפניית מתח נמוך רעש.
  • (FLT:0) ,Oscillation: FLT:1 Active filters עם Q גבוה יכול להיות oscillate אם שולי שלב הוא לא מספיק.תמיד לדמות את המעגל (למשל, ב LTSpice) לפני הבנייה, ולהשתמש ב- Op-amps עם מוצר מספיק גבוה פסד.

שקיפות ודרכים עתידיות

(הופנה מהדף פילטרים הם כלים חיוניים במעבדה, המאפשרים בחירת תדר מדויקת ללא בנייה מחדש מעגלים.מנקה מכנית פשוטה לסננים זריזים מבוקרים דיגיטלית, המעצב יכול לבחור שיטה אשר משנה את העלות, טווח, טווח, לינאריות, וצרכי אוטומציה.כפי חומרה הופכת משולבת יותר ותוכנה מוגדרת, המגמה היא לעבר מסננים מתוחכמים לחלוטין שניתן לנסח באופן מיידי את המשאבים כגון: FLTIFRAFic: