4. Принципы построения активных фильтров. Базовые фильтры


Базовые аналоговые фильтры: теория и практика

В рамках этой заметки мы поговорим про фильтры нижних частот (low-pass filter), фильтры верхних частот (high-pass filter), а также полосно-пропускающие (band-pass filter) и полосно-заграждающие фильтры (band-stop filter / notch filter). Существует множество схем соответствующих фильтров, но на этот раз мы рассмотрим только самые базовые. Еще мы спаяем один из фильтров и сравним его реальное поведение с теоретическим, а также с поведением, предсказанным SPICE-симуляцией в KiCad.

Важно! Вопреки интуиции, фильтры нижних частот не отфильтровывают нижние частоты, а наоборот, пропускает нижние и отфильтровывает верхние. Аналогичная ситуация с фильтрами верхних частот. Здесь русскоязычная терминология могла бы быть и более удачной, но уж какая прижилась.

Теория

Итак, АЧХ (зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного) названных фильтров выглядят таким образом:

Схемы простейших реализаций фильтров:

Обе иллюстрации были позаимствованы из замечательной книги Practical Electronics for Inventors, 4th Edition. Книга переведена на русский язык, в переводе она называется Электроника. Теория и практика. Очень рекомендую к прочтению.

Для полноты картины следует отметить, что в фильтровать нижние и верхние частоты могут не только RC- и LR-фильтры, но также и LC-фильтры. Обратите также внимание, что из двух фильтров, один из которых low-pass, а второй high-pass, можно получить один band-pass или один band-stop фильтр.

Выглядит не слишком сложно. Допустим, меня интересуют только частоты до 1.6 кГц и я хотел бы подавить все, что выше. Нет проблем, возьмем RC-фильтр нижних частот и попробуем подобрать подходящие R и C:

>>> 1 / (2 * math.pi * 1000 * (0.1 / 1000 / 1000))1591.5494309189535

Выходит, сопротивление резистора должно быть 1 кОм, а емкость конденсатора — 0.1 мкФ.

Для пущей уверенности давайте проверим фильтр на SPICE-симуляторе, который встроен в KiCad начиная с версии 5.0. Для этого нарисуем вот такую схему, используя компоненты из библиотеки pspice:

Обратите внимание на необходимость ввести значение «dc 0 ac 1» для vsource, а затем поместить на схему текст (Place → Graphic Text) «.ac dec 10 1 100k». Увидев его, симулятор поймет, что от него требуется перебрать частоты от 1 Гц до 100 КГц с 10 точками на декаду.

Идем в Tools → Simulator и жмем Run Simulation. Затем идем в Simulation → Add Signals, добавляем на график «V (out)». В результате получаем потрясающую картинку:

Симулятор согласен, что наш фильтр должен работать.

Практика

Спаянный мною фильтр выглядит таким образом:

Вооружившись генератором сигналов, осциллографом и LibreOffice я аккуратно выписал зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты, а затем перевел это в децибелы, используя формулу:

Gain [dB] = 20 * log10( Vout / Vin )

В результате была получена следующая АЧХ:

Как видно, график получился чуть более пологим, чем было предсказано симулятором. Но в остальном все сходится. В частности, не сложно убедиться, что точка подавления сигнала на 3 dB (или до 0.707 от peak-to-peak входного сигнала) приходится на предсказанные 1.6 кГц. Предсказанный фазовый сдвиг также несложно увидеть осциллографом. Впрочем, меня он интересовал не так сильно, как амплитуда.

Заключение

Как видите, все оказалось не так уж сложно. В качестве домашнего задания предлагаю вам спаять любой тип фильтра для любой частоты и проверить, отличается ли его поведение от теоретического.

Если вам понравился этот пост, вас также может заинтересовать статья Как я пробовал использовать RTL-SDR в качестве дешевого анализатора спектра. А у меня на этом все. Как обычно, буду очень рад вашим вопросам и дополнениям.

Метки: Электроника.

eax.me

Фильтры в Google, краткое описание основных фильтров

Фильтры Google – это прямая подсказка вэб-мастеру для улучшения юзабилити и релевантности интернет-ресурса. Также как и алгоритмы поиска, фильтры в Google не являются репрессивными инструментами, их цель – выдать пользователю самый качественный и ценный ресурс всего индекса поисковой машины.

Базовые фильтры в Google 

Самым первым препятствием, с которым встречается только что созданный проект – это фильтр «Возраст доменного имени» (Domain Name Age). Наиболее простой способ не попасть под этот фильтр – покупка домена возрастом от одного года, закупка ссылок с трастовых сайтов, используя инструмент Trust Rank, показывающий степень доверия Google к ресурсу.

Не стоит забывать и про самый распространенный фильтр в Google – SandBox («Песочница»), под санкции которого попадают молодые сайты. Во избежания проблем с «Песочницей», вэб-мастеру необходимо провести внутреннюю оптимизацию сайта, связав страницы тематическими ссылками. В дополнение следует постепенно закупать ссылки со старых и проверенных сайтов. Вы так же можете заказать продвижение молодого сайта у нас - чтобы избежать всех проблем.

Фильтры пессимизации 

Даже начинающему вэб-мастеру нужно очень «постараться» для того, чтобы его сайт попал под бан поисковой системы. Google редко исключает из индекса сайты даже весьма ненадлежащего качества, ограничиваясь пессимизацией – искусственным понижением в позиции поисковой выдачи. Для этого специалисты интернет гиганта предусмотрели несколько основных алгоритмов.

Фильтр Panda. На сайте присутствует нерелевантная реклама? Текст переспамлен ключевыми словами и имеет низкую уникальность? Тогда не стоит ждать высоких позиций на первой странице Гугла, ведь путь такому ресурсу преградит беспощадная Panda.

Фильтр Over Optimization (Чрезмерная оптимизация). С этим инструментом нужно быть особенно повнимательнее начинающим seo-оптимизаторам, по неопытности думающим, что чем больше кей-вордов в тексте - тем лучше. Для выхода из-под этого фильтра необходимо снизить плотность ключевиков до показателя 3-5% от общего количества слов в тексте. Считать в ручную плотность ключей в тексте не нужно, ведь для этого есть масса бесплатных программ.

Duplicate Content. Подобные фильтры в Google защищают топ поисковой выдачи от неуникального, а попросту ворованного или копированного контента. Весь текстовый контент на сайте должен быть уникальным (не менее 80%). Защитить тексты собственного ресурса от банального воровства можно с помощью множества скриптов, которые есть в свободном доступе практически для всех CMS.

CO-citation Linking Filter - это фильтр Google, препятствующий искусственному наращиванию Page Rank при помощи внешних ссылок с нетематических ресурсов. Все внешние ссылки на сайт должны совпадать с тематикой цитируемого ресурса.

Комплексные фильтры в Google 

Фильтры последнего поколения воздействуют на результат выдачи по нескольким основным показателям:

  • Внутренняя оптимизация сайта.
  • Внешние ссылки на сайт.
  • Качество и уникальность контента.
  • Релевантность рекламных объявлений.

Наиболее сложный, но в тоже время полезный из фильтров Google – это Penguin (Пингвин). Под данный фильтр легко попасть в случае наличия точных ключевых фраз в анкорах, большого количества скрытых ссылок, а также активного наращивания ссылочной массы даже с трастовых ресурсов. Такое поведение оптимизатора показывает алгоритмам поисковой машины, что идет плохо скрытая работа над искусственным завышением позиций сайта в поисковой выдаче. В этом случае стоит поработать над «естественностью» сайта. Это включает в себя:

  • Увеличение словоформ и неточных вхождений в анкорах.
  • Не частую и системную закупку ссылок только с сайтов из списка Trust Rank.
  • Удаления дублированных страниц.
  • Тематическую перелинковку внутри сайта.

Фильтры в Google предназначены исключительно для получения качественного и полезного ресурса в топе поисковой выдачи, который полезен для пользователя. Таким образом, фильтры Google – это всего лишь инструкция «как не надо оптимизировать сайты». Изучив ее, любой вэб-мастер сможет значительно поднять свой профессиональный уровень.

acades.by

4. Принципы построения активных фильтров.

Активный фильтрпредставляет собой четырехполюсник, содержащий пассивныеRC-цепи и активные элементы: транзисторы, электронные лампы и ОУ.

АФ обычно не содержат катушек индуктивности.

Классификация АФ:

    • сглаживающие фильтры источников питания (сглаживающий фильтр — устройство для сглаживания пульсаций после выпрямления переменного тока диодным мостом)

    • заграждающие фильтры помех

    • фильтры для селективных усилителей (Селективный усилитель — усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами)

    • нижних частот

    • верхних частот

    • полосовые

    • заграждающие (полосно-заграждающий фильтр — электронный или любой другой фильтр, не пропускающий колебания некоторой определённой полосы частот, и пропускающий колебания с частотами, выходящими за пределы этой полосы)

Общая схема АФ на ОУ:

AиB– пассивные четырехполюсники

Коэффициент усиления такой схема равен

Ku=U2b/U2a= –Y21a/Y21b

Где Y21aиY21b– передаточные проводимости четырехполюсниковAиB. Находя зависимость |Ku| =f(w) можно построить АЧХ каждого конкретного фильтра.

Фильтры:

Следует также отметить, что существуют разновидности методик расчета АФ более высоких порядков (Баттерворта, Чебышева, Бесселя и др.).

5. Схемотехника и основные свойства современных семейств логических элементов ттлш и кмоп.

КМОП.В технологии КМОП используются МОП транзисторы с n- и p-каналами. Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах (КМОП микросхем) является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения КМОП микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этот ток вызван двумя причинами — одновременным переходом верхнего и нижнего МОП транзисторов в активный режим работы и перезарядом паразитной ёмкости нагрузки.

Рис. 1. КМОП инвертор «НЕ» (На этой схеме для упрощения понимания принципов работы КМОП микросхемы не показаны защитные и паразитные диоды).

При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт

Рис.2. Принципиальная схема логического элемента "И-НЕ"

Рис.3. Условно-графическое изображение логического элемента "И-НЕ"

Из «И-НЕ» и «НЕ» можно построить остальные элементы, например ¬[¬X˄¬Y] =X˅Y(¬ - НЕ, ˄-И, ˅ -ИЛИ)

Особенности КМОП логики:

Большое входное сопротивление. При подаче на вход КМОП микросхемы половины питания открываются транзисторы как в верхнем, так и в нижнем плече выходного каскада микросхемы, в результате КМОП микросхема начинает потреблять недопустимо большой ток и может выйти из строя. Вывод: входы нельзя оставлять неподключенными.

ТТЛШ. (Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки). ТТЛШ-логика отличается от ТТЛ наличием диодов Шоттки в цепях база — коллектор, что исключает насыщение транзистора.ТТЛ- разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала

Основой транзисторно-транзисторной логики является базовый элемент на основе многоэмиттерного транзистора Т1 (рис. 4), который легко реализуется в едином технологическом цикле с транзистором Т2. В ТТЛ-логике многоэмиттерный транзистор осуществляет в положительной логике операцию И, а на транзисторе Т2 собран инвертор. Таким образом, по данной схеме реализован базис И–НЕ.

Рис.4. Базовый элемент ТТЛ (И-НЕ)

В случае подачи на все входы схемы высокого потенциала, все переходы эмиттер–база транзистора Т1 окажутся запертыми так как потенциал в точке A примерно равен входным сигналам. В то же время, переход база–коллектор будет открытым, поэтому по цепи Eп – R1 – база Т1 – коллектор Т1 – база Т2 – эмиттер Т2 – корпус течет ток Iб нас, который открывает транзистор Т2 и вводит его в насыщение. Потенциал на выходе схемы оказывается близким к нулю (на уровне ≈ 0,1 В). Сопротивление R1 подобрано таким, чтобы, за счет падения напряжения на нем от тока Iб нас транзистора Т2, потенциал в точке A был бы ниже, чем потенциал входов, и эмиттеры Т1 оставались бы запертыми.

При подаче низкого потенциала логического нуля хотя бы на один из входов открывается этот переход эмиттер–база транзистора Т1, появляется значительный ток Iэ и потенциал в точке A, равный приближается к нулевому. Разность потенциалов между базой и эмиттером Т2 также становится равной нулю, ток Iб транзистора Т2 прекращается, и он закрывается (переходит в режим отсечки). В результате выходное напряжение приобретает значение, равное напряжению питания (логической единицы).

studfiles.net