Stavový proměnný filtr - State variable filter

A stavový proměnný filtr je typ aktivní filtr. Skládá se z jednoho nebo více integrátoři, připojený v nějaké konfiguraci zpětné vazby. Nejběžnější implementace sečte vstupní signál s jeho integrálem a jeho dvojitým integrálem.

Příklad filtru Biquad s filtrem Kerwin-Huelsman-Newcomb (KHN)

Níže uvedený příklad může produkovat současně dolní propust, Highpass a pásmová propust výstupy z jednoho vstupu. Toto je druhého řádu (biquad ) filtr. Jeho odvození pochází z přeskupení přenosové funkce filtru horního pásma, což je poměr dvou kvadratických funkcí. Přeskupení ukazuje, že jeden signál je součtem integrovaných kopií druhého. To znamená, že přesmyk odhaluje stavovou proměnnou strukturu filtru. Použitím různých stavů jako výstupů lze vytvořit různé druhy filtrů. V obecnějších příkladech filtrování stavových proměnných jsou další filtrovací řády možné u více integrátorů (tj. Více stavů).

Vstup signálu je označen V_v; výstupy LP, HP a BP poskytují signály filtrované dolní propustí, vysokou propustí a pásmovou propustí.^[1]^[2]

Pro jednoduchost nastavíme:

${ displaystyle R_ {f1} = R_ {f2}}$

${ displaystyle C_ {1} = C_ {2}}$

${ displaystyle R_ {1} = R_ {2}}$

Pak:

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

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

Zisk propustného pásma pro výstupy LP a HP je dán vztahem:

${ displaystyle A_ {HP} = A_ {LP} = { frac {R_ {1}} {R_ {G}}}}$

Je vidět, že frekvence provozu a Q faktor lze měnit nezávisle. Díky této schopnosti a možnosti přepínání mezi různými odezvami filtru je filtr stavových proměnných široce používán v analogovém režimu syntezátory.

Hodnoty pro rezonanční frekvenci 1 kHz jsou R._f1 = R._f2 = 10k, C₁ = C.₂ = 15 nF a R₁ = R.₂ = 10 tis

Aplikace

Filtry stavových proměnných se často používají k úpravě frekvenční odezvy v zvukový signál zpracovává se. Při nízkém nastavení Q se často používají parametrický ekvalizér obvodů a při vysokém nebo proměnném nastavení Q k vytvoření modulů rezonančních filtrů v analogových syntetizátorech. Pro ruční ovládání frekvence mohou být R1 a R2 ve výše uvedené části nahrazeny duálním potenciometrem; a pro řízení napětí mohou být zařízení U2 a U3 nahrazena napěťově řízené zesilovače nebo funkční transkonduktance zesilovače.

Viz také

Reference

^ Manuál designu Bifet, Texas Instruments, 1980
^ Úvod do teorie a aplikací operačního zesilovače, Wiate, Huelsman & Korn, McGraw Hill, 1975

Texas Instruments Univerzální aktivní filtr UAF42 datový list
Analogová zařízení Interaktivní návrhové nástroje

[1] Manuál designu Bifet, Texas Instruments, 1980

[2] Úvod do teorie a aplikací operačního zesilovače, Wiate, Huelsman & Korn, McGraw Hill, 1975

[1]

[2]