Nội dung

NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 1: LỌC THÔNG TÍCH CỰC I/ LOW PASS FILTER (LỌC THÔNG THẤP): 1) Hàm truyền của bộ lọc LPF:  Hàm truyền tổng quát: ai, bi là các hệ số của bộ lọc. Q là hệ số phẩm chất. Độ dốc đặc tuyến tần số là – n*20 dB/decade (n là bậc bộ lọc).  Hàm truyền cho 1 giai đoạn đơn:  Hàm truyền cho mạch lọc bậc 1: hệ số b = 0. 2) First order Low Pass Filter Hình 1:LPF bậc 1 không đảo Hình 2: LPF bậc 1 đảo  Hàm truyền: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 1 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ---------------------------------------------------------------------------------------------- Tính toán: xác định tần số gãy (fc), độ lợi dc A0, tụ C1 từ đó tính ra R1, R2. Chọn a1 = 1 hoặc chọn theo bảng 4, 5, 10. 3) Second order Low Pass Filter a) LPF Sallen – Key topology: Hình 3: General Sallen LPF Hình 4: Unity Sallen LPF  Hàm truyền: (Hàm truyền cho hình 3) (Hàm truyền cho hình 4)  Tính toán: chọn giá trị C1, C2 thỏa mãn : Tính R1, R2: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 2 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------Ví dụ 1: thiết kế mạch lọc thông thấp Tschebyscheff bậc 2 có tần số gãy là 3khz với độ gợn băng thông là 3dB. Giải: từ bảng 9 nhận được các hệ số a1 = 1.0650, b1 = 1.9305 Cho C1 = 22nF, suy ra C2: Tính R1, R2: Hình 5 : mạch thết kế Chú ý: nếu chọn R1 = R2 = R; C1 = C2 = C ta có các biểu thức sau: Hàm truyền tổng quát: Các hệ số mạch lọc: Tính toán: cho C tìm R và A0. ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 6: mạch lọc thông thấp bậc 2 hiệu chỉnh độ lợi Bảng 1 : hệ số mạch lọc bậc 2 b) LPF Multiple Feedback topology(MFB): Loại này thường dùng trong bộ lọc đòi hỏi có hê số Qs và độ lợi dc A0 cao. Hình 7 : mạch lọc thông thấp bậc 2 MFB  Hàm truyền:  Hệ số:  Tính toán: cho C1, C2 thỏa mãn: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 4 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------Tính R1, R2, R3: 4) Higher Order Low Pass Filter:(bộ lọc thông thấp bậc cao) Để có được những đặc tính lọc mong muốn, chúng ta có thể thiết kế những mạch lọc có bậc cao hơn 2, bằng cách mắt nối tiếp bộ lọc bậc 1 với bộ lọc bậc 2 thích hợp như cấu hình bên trên. Ví dụ: bộ lọc bậc 6 là nối tiếp 3 bộ lọc bậc 2. Ví dụ 2: thiết kế bộ lọc thông thấp bậc 5 Butterworth với độ lợi dc là 1( A0 = 1 ) , có tần số gãy là fc = 50khz. Giải: từ bảng 5 nhận được các hệ số sau ---------------------------------------------------------------------------------------------- 5 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------First filter: Với C1 = 1nF, suy ra R1: Giá trị gần nhất 1% là 3.16kΩ. Second filter: Với C1 = 820pF, suy ra C2: Giá trị gần nhất 5% là 1.5nF. Có C1, C2 thế vào: Kết quả như sau: R1, R2 có giá trị với 1%. Third filter: phần mạch và cách tính như bộ lọc thứ 2. Chọn C1 = 330pF, suy ra C2: Giá trị gần nhất 10% là 4.7nF. Có C1, C2, suy ra R1, R2: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 6 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------R1 = 1.45kΩ với giá trị gần nhất 1% chọn R1 = 1.47kΩ R2 = 4.51kΩ với giá trị gần nhất 1% chọn R2 = 4.53kΩ Hình 8: Fifth-Order Unity Gain Butterworth LPF. II/ HIGH PASS FILTER (LỌC THÔNG CAO) 1) Hàm truyền bộ lọc HPF: Hàm truyền tổng quát: là độ lợi. Hàm truyền của 1 bộ lọc đơn trong chế độ nối tầng: Hàm truyền của 1 bộ lọc đơn bậc 1: 2) Bô lọc HPF bậc 1: Hình 9: HPF không đảo bậc 1 Hàm truyền: Hình 10: HPF đảo bậc 1 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 7 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------Các hệ số: Tính toán: xác định tần số gãy fc, độ lợi dc , tụ C1, từ đó tính ra R1, R2 3) Bộ lọc HPF bậc 2: a) Sallen – Key Topology: Hình 11: General Sallen-Key HPF Hàm truyền: Chú ý: chọn C1 = C2 = C Hình 12: Unity – Gain Sallen-Key HPF Hàm truyền: ---------------------------------------------------------------------------------------------- 8 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------Thông số: Tính toán: cho C, tính R1, R2 b) Multiple Feedback Topology: mô hình này thường được dùng trong bộ lọc có Qs cao và yêu cầu độ lợi cao. Hình 13: MFB HPF bậc 2 Hàm truyền: Thông số: Tính toán: cho C, C2 tính R1, R2 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 9 NGƯỜI BIÊN SOẠN : KS.BÙI VĂN THƠM ----------------------------------------------------------------------------------------------4) Bộ lọc HPF bậc cao: Để đạt được đặt tính lọc có độ dốc lớn mong muốn, chúng ta thiết kế bộ lọc có bậc cao bằng cách nối tầng bộ lọc bậc 1 với bộ lọc bậc 2 (nối tiếp). Ví dụ 3: thiết kế bộ lọc HPF Bessel bậc 3 với độ lợi bằng 1, có tần số gãy là fc = 1khz. Giải: từ bảng 4 ta nhận được các hệ số sau First Filter: với C1 = 100nF, suy ra R1: Giá trị gần nhất 1% là R1 = 2.1kΩ Second Filter: với C = 100nF, suy ra R1, R2: Giá trị gần nhất 1% là R1 = 3.16kΩ Giá trị gần nhất 1% là R2 = 1.65kΩ Hình 14: Third-Order Unity-Gain Bessel HPF III/ BANDWITH FILTER (LỌC DẢI) Băng thông danh định: Tần số giữa danh định (Q = 1): Hệ số phẩm: Với Ω = fi/fc ---------------------------------------------------------------------------------------------- 10