Фильтр переменных состояния

Фильтр переменной состояния — это тип активного фильтра в электронных схемах. Он состоит из одного или нескольких интеграторов , соединенных в некоторой конфигурации обратной связи. По сути, он используется, когда требуется точный коэффициент добротности , поскольку другие фильтры многопорядков не могут его обеспечить. ^[1] Наиболее распространенная реализация суммирует входной сигнал с его интегралом и двойным интегралом, другая реализация на основе MDAC.

Пример биквадратного фильтра Кервина-Хьюлсмана-Ньюкомба (KHN)

В приведенном ниже примере можно одновременно создавать выходные сигналы нижних частот , верхних частот и полосовых частот с одного входа. ^[2] Это фильтр второго порядка ( биквадратный ). Его вывод происходит в результате перестановки передаточной функции фильтра верхних частот, которая представляет собой отношение двух квадратичных функций. Перестановка показывает, что один сигнал представляет собой сумму интегрированных копий другого. То есть перестановка раскрывает структуру фильтра переменных состояния. Используя разные состояния в качестве выходных данных, можно создавать разные типы фильтров. В более общих примерах фильтров с переменными состояниями возможны дополнительные порядки фильтров с большим количеством интеграторов (т. е. с большим количеством состояний).

Входной сигнал отмечен _буквой V ; Выходы LP, HP и BP выдают сигналы с фильтрами нижних, верхних и полосовых частот соответственно. ^[3]^[4]

Для простоты мы установили:

R_{f1}=R_{f2}

C_{1}=C_{2}

R_{1}=R_{2}

Затем:

F_{0}={\frac {1}{2\pi R_{f1}C_{1}}}

Q=\left(1+{\frac {R_{4}}{R_{q}}}\right)\left({\frac {1}{2+{\frac {R_{1}}{R_{g}}}}}\right)

Коэффициент усиления полосы пропускания для выходов LP и HP определяется выражением:

A_{HP}=A_{LP}={\frac {R_{1}}{R_{g}}}

Видно, что частоту срабатывания и добротность можно изменять независимо. Это, а также возможность переключения между различными откликами фильтра делают фильтр с переменным состоянием широко используемым в аналоговых синтезаторах .

Значения для резонансной частоты 1 кГц составляют R _f1 = R _f2 = 10k, C ₁ = C ₂ = 15nF и R ₁ = R ₂ = 10k.

Приложения

Фильтры переменных состояния часто используются для изменения частотной характеристики при обработке аудиосигнала . При низких настройках добротности они часто используются в схемах параметрического эквалайзера , а при высоких или переменных настройках добротности для создания модулей резонансных фильтров в аналоговых синтезаторах. Для ручного управления частотой Rf1 и Rf2 в разделе выше можно заменить двойным потенциометром; а для управления напряжением устройства U2 и U3 могут быть заменены усилителями, управляемыми напряжением , или операционными усилителями крутизны .

См. также

Ссылки

^ «Фильтр переменных состояния — обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 6 июня 2021 г.
^ «Фильтры переменных состояния» . sound-au.com . Проверено 6 июня 2021 г.
^ Руководство по проектированию бифетов , Texas Instruments, 1980 г.
^ Введение в теорию и применение операционных усилителей , Виате, Хюэлсман и Корн, МакГроу Хилл, 1975.

от Texas Instruments универсального активного фильтра UAF42 Техническое описание
Analog Devices Инструменты интерактивного проектирования

[1] «Фильтр переменных состояния — обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 6 июня 2021 г.

[2] «Фильтры переменных состояния» . sound-au.com . Проверено 6 июня 2021 г.

[3] Руководство по проектированию бифетов , Texas Instruments, 1980 г.

[4] Введение в теорию и применение операционных усилителей , Виате, Хюэлсман и Корн, МакГроу Хилл, 1975.

[1]

[2]

[3]

[4]