조 이름 : 전자 회로 정복 조 원 : 강태호 0990194 김경훈 2100772 맹중호 2100793 증폭기를 사용한 고역,저역 능동 필터 설계 조 이름 : 전자 회로 정복 조 원 : 강태호 0990194 김경훈 2100772 맹중호 2100793

역할분담 강태호 – Butterworth 저역필터 설계 맹중호 – Chebyshev 저역필터 설계 공동설계 – uA741 내부 설계

설계사양 증폭기를 사용한 고역, 저역 능동 필터 설계 증폭기를 R,C,다이오드를 사용해서 이상적인 uA741을 설계 이상적인 uA741을 사용했을 때와 uA741내부를 구현 했을 때를 비교 Butterworth 필터와 chebyshev 필터 설계비교 입력 : AC=1V, 연산증폭기 Vcc=∓15V 인가

Filter(여파기) 대역분류에 따라 : LPF,HPF,BPF,BSP 통과 대역 파형에 따라 : Butterworth, Chebsyhev, Bessel 필터 등 구현 방법에 따라 : LC필터, 공진필터 등 수동필터 R, L, C의 수동 소자로 구성 전력이득이 없음 1MHz이상에서 사용하고 동조하기 어렵다 능동필터 R, C, L, OpAMP로 구성 전력이득을 가짐 1MHz이하에서 사용하고 동조하기 쉽다

응용분야 필터는 라디오, TV, 핸드폰, 인공위성, 미사일, 레이더 등에 사용되고 있음. 전자 기기 송수신기에서 필터는 주로 수신단에서 많이 사용되고 있음. 수신된 신호를 복호(디코딩)하기 전  단계에 신호가 오가다가 섞이게 되는 노이즈는 주로 고주파 성분이며 이 잡음을 제거  하기 위해서 사용

uA 741 증폭기를 사용한 저역 필터 증폭기로 uA 741를 사용한 저역 필터 디자인 입력에는 피크값이 1인 ac 인가 Vcc=15V인가

uA 741 증폭기를 사용한 저역 필터 Gain=0dB f3dB=1.0KHZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

uA 741 증폭기를 사용한 고역 필터 증폭기로 uA 741를 사용한 고역 필터 디자인 입력에는 피크값이 1인 ac 인가 Vcc=15V인가

uA 741 증폭기를 사용한 고역 필터 Gain=0dB f3dB=1.0KHZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

Butterworth 필터 Butterworth 필터 통과대역에서 아무런 리플(ripple)도 발생 시키지 않음 나머지 대역의 원하지 않는 주파수는 감쇠시킴 크기 응답 곡선이 필터의 동고대역 내에서 가능한 한 평탄하도록 전달함수를 선택 스커트 특성이 좋지 못함(비교적 느린 감소율)

Butterworth 의 전달함수

uA741을 사용한 Butterworth 저역 필터

uA741을 사용한 Butterworth 저역 필터 피크값 = 1 주파수 = 1K ac 인가 Vcc=15V 인가 Gain=13 f3dB=1KHZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을수 있었다.

증폭기 내부 설계 Op-amp 내부를 설계하는 방법은 여러 가지가 있었지만 BJT, diode, C,R 을 통해서 구현하였음.

uA741을 구현한 Butterworth 저역 필터

uA741을 구현한 Butterworth 저역 필터 피크값 = 1 주파수 =1K ac 인가 Vcc=15V 인가 Gain=13 f3dB=880HZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

Chebyshev 필터 Chebyshev 필터 통과 대역에 리플이 발생함(리플을 0.3dB에서 1dB까지 인정함) 스커트 특성이 아주 우수함(감소율이 우수함) 실제로 대부분의 산업이 많이 이용

Chebyshev의 전달함수 n차 chebyshev의 극

n차 chebyshev 전달함수

uA741을 사용한 Chebyshev 저역 필터

uA741을 사용한 Chebyshev 저역 필터 피크값 = 1 주파수 =1K ac 인가 Vcc=15V Gain=-241 f3dB=3.5KHZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

uA741을 구현한 Chebyshev 저역 필터

uA741을 구현한 Chebyshev 저역 필터 피크값 = 1 주파수 =1K ac 인가 Vcc=15V Gain=-55m f3dB=3.6KHZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

uA741을 사용한 Chebyshev 고역 필터

uA741을 사용한 Chebyshev 고역 필터 피크값 = 1 주파수 =1K ac 인가 Vcc=15V Gain=0.97 f3dB=91HZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

<Ripple 현상 확인>

uA741을 구현한 Chebyshev 고역 필터

uA741을 구현한 Chebyshev 고역 필터 피크값 = 1 주파수 =1K ac 인가 Vcc=15V Gain=-3.4 f3dB=83.8HZ 의 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있었다.

Butterworth 필터와 Chebyshev 필터 비교 필터형식 통과대역 스커트특성 저지대역 Butterworth 평탄 나쁨 단조변화 Chebyshev 리플 좋음 스커트특성이 좋을수록 리플의 크기는 점점 더 커지는 trade-off 관계에 있음 실제 업체에서는 잘게 주파수를 나누어 주는 Chebyshev 필터를 선호. 통과대역에 다소 리플이 있더라도 대역구분이 명확한 필터를 더 선호하기 때문임

고 찰 지금까지 저역 필터를 위주로 특성을 살펴 보았다. 이상적인 증폭기로부터 Butterworth와 Chebyshev 필터를 구성해보았다. 각각의 필터를 시뮬레이션을 구성해 보면서 리플 및 스커트 특성등의 장단점을 파악할 수 있었다. Butterworth와 Chebyshev 필터의 이론치를 전달함수를 통해 계산해 보려 하였으나 구하는 과정이 쉽지 않았다. Chebyshev 고역 필터는 시뮬레이션은 해보았지만 Butterworth 고역 필터는 계획대로 저역에서 고역으로 바꾸는 과정이 쉽지 않았다. 그리고 Gain이나 f3dB 또한 우리가 예상했던것 과는 약간의 오차가 발생했다.

참고 문헌 ANALOG FILTERS-CHAPMAN&HALL(Kendall L.Su) DESIGN OF ANALOG FILTERS-OXFORD UNIVERSITY PRESS(Rolf Schaumann, Mac E. Van Valkenburg) Pspice와함께하는 연산증폭회로실험-도서출판그린(김수용,오상광,최병진) http://ieeexplore.ieee.org/iel5/6844/18402/00849544.pdf http://maja.zesoi.fer.hr/~jurisic/Conferences/SPPRA2002.pdf