Uniwersalny
U
n
i
w
e
r
s
a
l
n
y
Uniwersalny
U
n
i
w
e
r
s
a
l
n
y
moduł filtrów
m
o
d
u
Å‚
f
i
l
t
r
ó
w
moduł filtrów
m
o
d
u
Å‚
f
i
l
t
r
ó
w
2629
2
6
2
9
2
6
2
9
Sallen-Keya 2629
S
a
l
l
e
n
K
e
y
a
Sallen-Keya
S
a
l
l
e
n
K
e
y
a
Do czego to służy? terą Z (oznaczającą impedancję). Montowane ciąć składową stałą i częstotliwości poniżej
W artykule jest przedstawiony prosty moduł, tu będą rezystory i kondensatory o wartościach 1Hz trzeba dodać na wejściu dodatkowy ob-
umożliwiający realizację filtrów dolno- i gór- podanych w tabeli i na rysunkach 2 i 3. wód RC, zaznaczony na rysunku 2 kolorem
noprzepustowych o dużej stromości zboczy Uwaga! w przypadku filtru dolnoprzepu- zielonym.
na zakres częstotliwości akustycznych. Mo- stowego pasmo obejmuje także częstotliwość Aby ułatwić dobór elementów przyjęto
duł zawiera dwa stopnie drugiego rzędu, 0Hz, czyli napięcia stałe. W wersji z poje- prostą zasadę, że częstotliwość graniczna
a więc pozwala na realizację filtru czwartego dynczym zasilaniem masą modułu jest punkt filtru będzie ustalona przez dobór pojemno-
rzędu, czyli o stromości zbocza wynoszącej O, a nie punkt N. W razie potrzeby, aby od- ści kondensatorów, natomiast rezystory będą
aż 80dB/dekadę (24dB/oktawę). Układ
umożliwia budowę bardzo popularnych fil-
trów Sallen-Keya (ze z
ródłem napięciowym
sterowanym napięciowo). Za miesiąc zapre-
zentowany zostanie drugi podobny moduł,
pozwalający na realizację filtrów z wielo-
krotnym sprzężeniem zwrotnym (MFB).
Obszerniejsze wskazówki dotyczące pro-
jektowania podstawowych filtrów prezento-
wane sÄ… w kolejnych Listach od Piotra, po-
czÄ…wszy od EdW 9/2001. W niniejszym arty-
kule podane sÄ… wyjÄ…tkowo proste recepty,
dzięki czemu nawet początkujący nie będą
mieć żadnych problemów z wykonaniem fil-
tru o potrzebnej częstotliwości granicznej.
Wartości rezystorów podane są na rysunkach,
a pojemność kondensatorów dla potrzebnej
częstotliwości granicznej odczytuje się z ta-
beli albo oblicza z bardzo prostego wzoru.
Rys. 1 Schemat ideowy modułu
Jak to działa?
Podstawowy schemat modułu pokazany jest Rys. 2 Filtr dolnoprzepustowy
na rysunku 1. Kondensatory C11...C14 i re-
zystory R11, R12 tworzą obwód zasilania,
dzięki któremu moduł może być zasilany za-
równo napięciem symetrycznym ą4V...ą18V,
jak i pojedynczym 8...25V. W każdym przy-
padku masą sygnałową jest obwód połączony
z punktem O.
Dwa wzmacniacze operacyjne z kostki U1
pracują w dwóch stopniach filtru. Ponieważ
moduł pozwala na realizację zarówno filtru dol-
noprzepustowego, jak i górnoprzepustowego,
elementy bierne filtru opisano na schemacie li-
Elektronika dla Wszystkich
Marzec 2002
52
mieć ustaloną wartość, podaną na rysunkach ferroelektrycznych (o pojemności powyżej
i w wykazie elementów. W proponowanym 1nF). Jedynie kondensatory o pojemnościach Wykaz elementów
układzie do realizacji filtrów na zakres czę- 330pF...1nF mogą być ceramiczne. General-
R
1
1
,
R
1
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
k
&!
(
1
0
k
&!
.
.
.
2
2
0
k
&!
)
stotliwości akustycznych wykorzystywane nie należy stosować rezystory metalizowane, R11, R12 . . . . . . . . . . . . . .100k&! (10k&!...220k&!)
C
1
1
,
C
1
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
0
µ
F
/
2
5
V
bÄ™dÄ… kondensatory o pojemnoÅ›ciach z zakre- w praktyce wystarczÄ… typowe rezystory o to- C11, C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25V
su 330pF...1µF. lerancji 5% (z paskiem zÅ‚otym).
Układy zostały tak obliczone, że kluczo- Oporność wejściowa (impedancja) wersji Filtr dolnoprzepustowy
D
l
a
c
z
Ä™
s
t
o
t
l
i
w
o
Å›
c
i
1
0
H
z
.
.
.
2
,
2
k
H
z
we pojemności (C4 w filtrze dolnoprzepusto-  czerwonej jest bardzo duża, rzędu dziesią- Dla częstotliwości 10Hz ... 2,2kHz
R1A,R1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12k&!
R
1
A
,
R
1
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
2
k
&!
R3A,R3B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180k&!
R
3
A
,
R
3
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
8
0
k
&!
C4A,C4B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .według tabeli 2
C
4
A
,
C
4
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
w
e
d
Å‚
u
g
t
a
b
e
l
i
2
C2A,C2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10*C4
C
2
A
,
C
2
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
*
C
4
Dla częstotliwości 1kHz ... 33kHz
D
l
a
c
z
Ä™
s
t
o
t
l
i
w
o
Å›
c
i
1
k
H
z
.
.
.
3
3
k
H
z
R1A,R1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,2k&!
R
1
A
,
R
1
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
,
2
k
&!
R3A,R3B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18k&!
R
3
A
,
R
3
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
8
k
&!
C4A,C4B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .według tabeli 1
C
4
A
,
C
4
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
w
e
d
Å‚
u
g
t
a
b
e
l
i
1
C2A,C2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10*C4
C
2
A
,
C
2
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
0
*
C
4
Filtr górnoprzepustowy
Dla częstotliwości 1Hz ... 2,2kHz
D
l
a
c
z
Ä™
s
t
o
t
l
i
w
o
Å›
c
i
1
H
z
.
.
.
2
,
2
k
H
z
R
2
A
,
R
2
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
2
0
k
&!
Rys. 3 Filtr górnoprzepustowy R2A,R2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120k&!
R
4
A
,
R
4
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
7
0
k
&!
tek kiloomów i nie trzeba się martwić, że filtr R4A,R4B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270k&!
C
1
A
,
C
3
A
,
C
1
B
,
C
3
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
w
e
d
Å‚
u
g
t
a
b
e
l
i
2
wym i C1, C3 w filtrze górnoprzepustowym) obciąży poprzedni stopień. W przypadku we- C1A,C3A,C1B,C3B . . . . . . . . . . . . . .według tabeli 2
mają mieć wartości podane w tabelach. Kon- rsji  niebieskiej impedancja wejściowa fil-
D
l
a
c
z
Ä™
s
t
o
t
l
i
w
o
Å›
c
i
1
k
H
z
.
.
.
3
3
k
H
z
densator C2 w filtrze dolnoprzepustowym tru dolnoprzepustowego nie jest zbyt duża Dla częstotliwości 1kHz ... 33kHz
R
2
A
,
R
2
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
2
k
&!
ma mieć wartość dziesięciokrotnie większą, (rzędu pojedynczych kiloomów) i poprzedni R2A,R2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12k&!
R
4
A
,
R
4
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
7
k
&!
niż podana w tabeli. Jeśli ktoś chciałby uzy- stopień musi mieć niewielką oporność wyj- R4A,R4B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27k&!
C
1
A
,
C
3
A
,
C
1
B
,
C
3
B
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
w
e
d
Å‚
u
g
t
a
b
e
l
i
1
skać pośrednie wartości częstotliwości, po- ściową. W razie wątpliwości, na wejściu ta- C1A,C3A,C1B,C3B . . . . . . . . . . . . . .według tabeli 1
między podanymi w tabeli, może połączyć kiego filtru można zastosować wtórnik na
dwa kondensatory równolegle. Nie warto wzmacniaczu operacyjnym lub tranzystor
Płytka dostępna jest
przy tym dążyć do dużej precyzji, ponieważ w układzie wspólnego kolektora.
po pierwsze nie jest to wcale potrzebne (od- Oczywiście jeden z filtrów modułu może
w sieci handlowej AVT
chyłka o kilka procent nie ma znaczenia w re- być filtrem dolnoprzepustowym, a drugi gór-
jako kit szkolny AVT-2629/A
alnych układach), a ponadto przy 5-procento- noprzepustowym, co pozwoli zrealizować
wych rezystorach i 5- lub 10-procentowych filtr pasmowoprzepustowy. W takich przy-
kondensatorach uzyskanie idealnej precyzji padkach nie należy wykorzystywać recept po-
jest wręcz niemożliwe. danych w artykule, tylko przeprowadzić obli-
Filtr o potrzebnej charakterystyce można czenia poszczególnych filtrów wykorzystując
zrealizować na co najmniej dwa sposoby. wzory ze wspomnianych Listów od Piotra.
Można zastosować albo wartości zaznaczone
kolorem niebieskim albo czerwonym. Jak po- Montaż i uruchomienie
kazuje Tabela 1, dla całego zakresu akustycz- Filtr Sallen-Keya z rysunków 2, 3 można
nego można śmiało wykorzystać wartości za- zmontować na płytce drukowanej, pokazanej
znaczone kolorem niebieskim. Takie  niebie- na rysunku 4. Montaż nie powinien nikomu
skie wartości należy stosować, jeśli filtr ma sprawić kłopotów. Warto zacząć od wlutowa- Rys. 4 Schemat montażowy
mieć częstotliwość graniczną większą niż nia elementów najmniejszych, a konkretnie
2kHz. Jeśli jednak częstotliwość graniczna od zaznaczonych na płytce zwór. Przy zasila- Rys. 5
ma być mniejsza niż 2kHz, warto zastosować niu napięciem symetrycznym można nie
wartości zaznaczone na rysunku, w wykazie montować R11, R12, a  dolne nóżki kon-
i wTabeli 2 kolorem czerwonym. Wtedy re- densatorów C11, C13 trzeba wlutować do
zystory mają większe nominały i oporność otworów oznaczonych Y. Przy zasilaniu na-
wejściowa filtru jest jeszcze większa. pięciem pojedynczym R11, R12 są niezbęd-
Aby filtr miał dobre parametry, koniecz- ne, a  dolne nóżki C11, C13 trzeba wluto-
nie należy w nim zastosować kondensatory wać do otworów oznaczonych X.
foliowe. W żadnym wypadku nie należy wy-
korzystywać kondensatorów ceramicznych
CiÄ…g dalszy na stronie 67.
Tabela 1
f[Hz] 10 15 21 30 45 67 100 150 210 300 450 670 1k 1,5k 2,1k 3,0k 4,5k 6,7k 10k 15k 21k 30k
C[nF] 1u 680 470 330 220 150 100 68 47 33 22 15 10 6,8 4,7 3,3 2,2 1,5 1 0,68 0,47 0,33
wartości nie zalecane  raczej zastosuj wartości  czerwone wartości zalecane
f[Hz] 1 1,5 2,1 3 4,5 6,7 10 15 21 30 45 67 100 150 210 300 450 670 1000 1500 2100 3000
C[nF] 1u 680 470 330 220 150 100 68 47 33 22 15 10 6,8 4,7 3,3 2,2 1,5 1 0,68 0,47 0,33
Tabela 2
Elektronika dla Wszystkich
Marzec 2002
53
Ciąg dalszy ze strony 57 Przykłady
1. Potrzebny jest filtr dolnoprzepustowy
Na płytce przewidziano dla rezystorów o częstotliwości granicznej 250Hz.
i kondensatorów filtru uniwersalne  elemen- Korzystamy z rysunku 2 i decydujemy się
ty , pozwalające wlutować te części na kilka na elementy  czerwone . Z tabeli 2 wynika, że
sposobów, pokazanych na rysunku 5. Moż- najbliższa  standardowa wartość częstotli-
liwość wlutowania dwóch rezystorów w sze- wości wynosi 210Hz przy pojemności 4,7nF.
reg albo dwóch kondensatorów równolegle Chcemy uzyskać możliwe dobrą dokładność,
będzie pomocna przy realizacji filtrów we- więc zastosujemy pojemność pośrednią mię-
dług wskazówek z Listów od Piotra. Aby dzy 4,7nF a 3,3nF przez połączenie równole-
uniknąć pomyłki, warto narysować sobie głe pojemności 3,3nF i 680pF. Rysunek 6
 prywatny schemat montażowy, pokazują- pokazuje schemat i charakterystykę. Rys. 6
cy rozmieszczenie rezystorów i kondensato- 2. Potrzebny jest filtr górnoprzepustowy
rów na podstawie jednego ze schematów o częstotliwości granicznej 4kHz. Rys. 7
ideowych (rysunki 2, 3). Na wkładce w środ- Korzystamy z rysunku 3 i z konieczności
ku numeru można znalez
ć odpowiednie ry- decydujemy się na elementy  niebieskie . Z ta-
sunki, które posłużą za matrycę do stworze- beli 1 wynika, że najbliższa  standardowa
nia takiego  prywatnego schematu monta- wartość częstotliwości wynosi 4,5kHz przy
żowego. pojemności 2,2nF. Tym razem różnica 500Hz
Warto zauważyć, że płytka została zapro- nie gra roli, więc zastosujemy pojemność
jektowana w ten sposób, by wszystkie punkty 2,2nF. Rysunek 7 pokazuje schemat i cha-
dla zewnętrznych połączeń znajdowały się rakterystykę, a fotografia wstępna - model.
przy jednej krawędzi. Umożliwi to wlutowanie
modułu filtru w jakąkolwiek większą płytkę. Piotr Górecki
Elektronika dla Wszystkich
Marzec 2002
54