VYŽITÍ TRANSIMPEDANČNÍCH ZESILOVAČŮ V ATIVNÍCH FILTRECH sing Transimedance Amlifiers in Active Filters Vladimír Axman * Abstrakt Článek ojednává o možnostech využití transimedančních zesilovačů s vyvedenou transimedanční svorkou ro konstrukci aktivních RC filtrů. Zabývá se konstrukcí základních stavebních bloků rvního a druhého řádu s těmito obvody včetně návrhových ostuů a výrazů ro tyto bloky. Abstract Paer deals about ossibility to utilize transimedance amlifier with bring out transimedance ort for construction active filter. Deals with construction fundamental building block st and second order active RC filters with these circuits. This article includes equations from construction resented filters with available discrete electronics comonents. Úvod V důsledku rozvoje elektrotechniky a elektronických obvodů a řechodu na vyšší kmitočty se objevují stále nové elektronické obvody a součástky, které jsou určeny ředevším ro zracování vysokých kmitočtů. Jedním z rvků oužívajících se na vyšších frekvencích je zesilovač s roudovou zětnou vazbou. V současné době se již běžně vyrábějí a jsou dostuné tyto rvky s mezními frekvencemi stovek megahertzů. Tyto obvody se zatím oužívají ředevším v širokoásmových obrazových zesilovačích a v zesilovačích ro zracování signálů do stovek MHz. Zajímavou variantou zesilovače s roudovou zětnou vazbou je transimedanční zesilovač AD844 (Analog Devices), který má jako jeden z mála vyvedenu transimedanční svorku, která je v katalogovém listu výrobce nazvána jako komenzační a slouží k řiojení komenzačního kondenzátoru na komenzaci kmitočtové charakteristiky. Transimedanční zesilovač AD844 Náhradní zaojení transimedančního zesilovače AD 844 je naznačeno na obr., schématická značka v rogramu PSice je na obr.. Obvod obsahuje jednu vysokoimedanční vstuní svorku (+), jednu nízkoimedanční vstuní svorku (-), transimedanční (komenzační) svorku (C) a výstuní buffer. Z náhradního zaojení obvodu je atrno, že jeho vnitřní zaojení se skládá ze dvou naěťových sledovačů a jednoho roudového sledovače. Jeden naěťový sledovač je mezi svorkami (+) a (-), řičemž vstu sledovače je na svorce (+) vysoká vstuní imedance a výstu sledovaže je na svorce (-) nízká imedance. Proud tekoucí nízkoimedanční svorkou se snímá roudovým sledovačem a řenáší se na transimedanční svorku. Jelikož se jedná o roudový zdroj, tak je výstuní imedance transimedanční svorky * Ing. Vladimír Axman, Ústav radioelektroniky, FET VT v Brně, Purkyňova 8, 6 Brno, tel.: 5/4496, fax.: 5/44944, e-mail: axman@feec.vutbr.cz 5
také vysoká. Z transimedančního uzlu se bere výstuní naětí a aby neměla zátěž vliv na zesilovač, tak je oddělena druhým sledovačem. Veškeré naěťové zesílení stuně je soustředěno na transimedanční svorce a okud je vyvedena ven z integrovaného obvodu jako u zesilovače AD844, tak se tato svorka dá využít ke konstrukci aktivních filtrů. Obr. Náhradní schéma zesilovače AD844. Obr. Značka obvodu AD844 v rogramu Psice. Dolní roust druhého řádu Dolní roust druhého řádu má řenosovou funkci ve tvaru ), () + + jakost ólu filtru. Možnost zaojení dolní rousti druhého řádu s transimedančním zesilovačem AD844 je na obr.. Obr. Schéma zaojení dolní rousti druhého řádu. Obr. 4 Modulová kmitočtová charakteristika filtru z obr.. Tvar řenosové funkce ( ) OTPT INPT b a + b + b + ( CG + CG + CG ) + GG, () ro výočet frekvence a jakosti ólu filtru latí: 54
G G P (), C C P, (4) C G C G + C G z výrazů je atrné, že lze omocí R nastavovat jakost ólu bez vlivu na kmitočet ólu. Bohužel se ři změně jakosti ólu mění i řenos v roustném ásmu a roto je nutno s ohledem na řenos filtru sočítat vhodné hodnoty součástek. Příklad simulace dolní rousti s obvodem AD844 s hodnotami součástek (obr.) je na obr.4. Horní roust druhého řádu Horní roust druhého řádu má řenosovou funkci ve tvaru ), (5) + + jakost ólu filtru. Možnost zaojení horní rousti druhého řádu s transimedančním zesilovačem AD844 je na obr.5. Obr. 5 Schéma zaojení dolní rousti druhého řádu. Obr. 6 Modulová kmitočtová charakteristika filtru z obr.5. Tvar řenosové funkce ( ) OTPT INPT G b a + b + b G + ( C + C C ) + G, (6) ro výočet frekvence a jakosti ólu filtru latí: 55
G. (8) P CC (7), P CGG + CGG CGG Z výrazů je atrné, že lze omocí R nastavovat jakost ólu bez vlivu na kmitočet ólu. Bohužel se ři změně jakosti ólu mění i řenos v roustném ásmu a roto je nutno s ohledem na řenos filtru sočítat vhodné hodnoty součástek. Příklad simulace dolní rousti s obvodem AD844 s hodnotami součástek (obr.5) je na obr.6. Pásmová roust druhého řádu Pásmová roust druhého řádu má řenosovou funkci ve tvaru ), (9) + + jakost ólu filtru. Možnost zaojení ásmové rousti druhého řádu s transimedančním zesilovačem AD844 je na obr.7. Obr. 7 Schéma zaojení ásmové rousti druhého řádu. Tvar řenosové funkce ( ) a C G OTPT, () INPT b + b + b CC + CG + GG ro výočet frekvence a jakosti ólu filtru latí: P CC (), P. () CG 56
Z výrazů je atrné, že nelze omocí žádného z rvků nastavovat jakost ólu bez vlivu na kmitočet ólu. Příklad simulace dolní rousti s obvodem AD844 s hodnotami součástek (obr.5) je na obr.8. Obr. 8 Modulová kmitočtová charakteristika filtru z obr.7. Pásmová zádrž druhého řádu Pásmová zádrž druhého řádu má řenosovou funkci ve tvaru + ), () + + jakost ólu filtru. Z výrazu je atrné, že. Možnost zaojení ásmové zádrže druhého řádu s transimedančním zesilovačem je uvedena na Obr.9. n Obr. 9 Schéma zaojení ásmové zádrže druhého řádu 57
Tvar řenosové funkce ( ) ro výočet frekvence a jakosti ólu filtru latí: + ( C G C G ) + OTPT, (4) INPT CC + ( CG + CG ) + GG, (6) CC (5), CG + CG ro výočet frekvence a jakosti nuly řenosu latí:, (8) n CC (7), n CG CG Příklad simulace dolní rousti s obvodem AD844 s hodnotami součástek (obr.9) je na obr.. Z výrazů (5)...(8) vylývá, že aby se obvod choval jako ásmová zádrž, tak se musí rovnat hodnoty součástek C, C a hodnoty součástek R, R. Pokud hodnoty rezistorů nebudou stejné, tak se osune kmitočet nuly a obvod se bude chovat jako dolní resektive horní roust s nulou řenosu. Obr. Modulová kmitočtová charakteristika filtru z obr.9. Nevýhodou tohoto zaojení je malá maximální dosažitelná jakost filtru, která je rovna.5 ro R R. MAX Závěr V článku byly uvedeny možnosti realizace aktivních filtrů omocí transimedančního zesilovače AD844 (Analog Devices). Tento zesilovač má tranzitní frekvenci 6MHz a je určen ro zracování videosignálu, roto filtry s tímto obvodem mohou být bez roblémů konstruovány i na vyšších kmitočtech než jsou uvedené simulace rogramem PSice. 58
Poděkování Tento článek byl odorován grantem FRVŠ 75/-G (Možnosti oužití moderních integrovaných obvodů v aktivních filtrech). Literatura [] AXMAN, V. Conveyor-based biquadratic filter with rejection. In Proceedings of the th International Czech-Slovak Scientific Conference RADIOELETRONIA. FEI VT Brno,. 8-4. [] AXMAN, V. Biquads by current conveyor second generation and one voltage follower. Proceedings of the Conference STDENT FEI. FEI VT Brno,. 8..86. 59