Chapter 15 능동 필터

15-1. 기본적인 필터 응답 저역 통과 필터 응답 - 필터 : 어떤 신호는 통과시키고 그 외 다른 주파수들을 감쇠시키거나 저지시키는 회로 - 통과 대역 : 최소한의 감쇠(-3dB)로 필터를 통과하도록 허용되는 주파수 - 차단주파수(임계주파수; fc) : 통과대역의 끝으로 통과 대역의 응답으로부터 -3dB의 응답강하가 이루어지는 주파수 - 저역 통과 필터의 통과 대역 : 직류(0Hz)에서부터 차단주파수 (fc)까지의 주파수를 통과시키고 그 외의 주파수는 감쇠시키는 필터 - 필터 응답의 성능 : 극점의 수에 의존 - 필터의 대역폭 : BW=fc - 필터의 차단주파수 : fc = 1/2RC (Xc=R일 때) Fig 15-1a

Fig 15-1a 저역 통과 필터 응답

고역 통과 필터 응답 - 통과 대역 : fc 이하의 신호는 감쇠시키거나 저지하고 fc 보다 높은 주파수의 신호는 모두 통과시키는 필터 - 차단주파수 : fc = 1/2RC (Xc=R일 때) Fig 15-2a High pass filter response 고역 통과 필터 응답

대역 통과 필터 응답 - 통과 대역 : 하한 주파수와 상한 주파수 범위내의 모든 신호를 통과시키고 그 외의 모든 신호는 저지시키는 필터 - 대역폭 : BW=fc2 – fc1 - 통과대역의 중앙 주파수 : f0 = √ fc1 - fc2 - 양호도(Q) : Q=f0/BW = 1/DF Fig 15-3 대역 통과 필터 응답

대역 저지 필터 응답 - 노치필터, 대역 제거 필터 - 특정 주파수 대역만을 저지시키고 그 외의 다른 주파수는 통과시키는 필터 - 특정 주파수 대역만을 저지시키고 그 외의 다른 주파수는 통과시키는 필터 - 대역폭 : BW=fc2 – fc1 Fig 15-4 대역 저지 필터 응답

15-2. 필터 응답 특성 필터 응답의 종류(회로 소자값에 따라) : 버터워스, 체비쇼프, 베셀 응답 15-2. 필터 응답 특성 필터 응답의 종류(회로 소자값에 따라) : 버터워스, 체비쇼프, 베셀 응답 - 버터워스 특성 : 통과대역에서 매우 평탄한 특성과 극점당 -20dB/decade/pole의 롤-오프율, 위상응답이 비선형 - 체비쇼프 특성 : 경사도가 버터워스보다 크므로 빠른 경사가 요구될 때 유용, 작은 극점과 간단한 회로로 구현 - 베셀 특성 : 선형 위상 특성, 오버슈트 미존재, 왜곡없이 펄스파형을 필터링할 때 유용 Fig 15-5 Three response types 필터 응답 특성에 대한 세 가지 형태 비교

감쇠지수(damping factor ; DF) - 필터 응답의 형태 결정 - 감쇠지수는 부귀환 회로에 의해 결정 DF = 2 – (R1/R2) - 감쇠지수 값은 필터의 차수(극점수)에 의해 결정 - 임계주파수는 주파수 선택회로의 R과 C값에 의해 결정 - 극점수가 필터응답의 기울기 결정 능동 필터의 일반적인 블럭도 임계주파수와 필터의기울기 특성 Fig 15-5 Three response types 1차(단극) 저역 통과 필터 종속 접속에 의한 필터 극점의 증가

15-3. 능동 저역 통과 필터 - 능동 필터는 수동필터에 비해 신호가 감쇠되지 않고 높은 이득을 제공하고 높은 입력 임피던스는 구동원의 과부하로 부터 보호하고, 낮은 출력 임피던스는 부하의 영향으로부터 보호가 가능하며 넓은 주파수 범위에서 조정이 용이 Acl(NI) = (R1/R2)+1 단극 필터 Fig 15-10 Sallen-Key low pass 단극 능동 저역 통과 필터와 응답 곡선

기본적인 Sallen-key 저역 통과 필터 2차(쌍극) 필터 : fc = 1/2 RARBCACB Fig 15-10 Sallen-Key low pass 기본적인 Sallen-key 저역 통과 필터

종속 접속된 저역 통과 필터 Fig 15-15 Sallen-Key high pass 종속 접속된 저역 통과 필터

15-4. 능동 고역 통과 필터 단극 필터 단극 능동 고역 통과 필터와 응답 곡선 Fig 15-17a 고역 통과 필터 응답

기본적인 Sallen-key 고역 통과 필터 종속 접속된 고역 통과 필터 Fig 15-17a 6차 고역 통과 필터

2극 고역 통과 및 저역 통과 필터의 종속 접속에 의한 대역 통과 필터 구현 15-5. 능동 대역 통과 필터 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 종속 접속한 대역 통과 필터 Fig 15-17b band-pass curve 2극 고역 통과 및 저역 통과 필터의 종속 접속에 의한 대역 통과 필터 구현

다중 귀환 대역 통과 필터 - 중심주파수 : Fig 15-17b band-pass curve 다중 귀환 대역 통과 필터

상태 변수 필터 - 대역 통과 필터로 이용되지만 동시에 저역 및 고역 통과 필터의 응답도 출력 상태 변수 필터 Fig 15-20 일반적인 상태 변수 응답 곡선

바이쿼드 필터 적분기, 반전 증폭기, 적분기로 구성된다는 점만 제외하면 상태 변수 필터와 유사 바이쿼드 필터 Fig 15-21 state-variable curve 바이쿼드 필터

15-6. 능동 대역 저지 필터 다중 귀환 대역 저지 필터 상태 변수 대역 저지 필터 다중 귀환 대역 저지 필터 15-6. 능동 대역 저지 필터 다중 귀환 대역 저지 필터 다중 귀환 대역 저지 필터 상태 변수 대역 저지 필터 Fig 15-23 Mult.-feedback band stop 상태 변수 대역 저지 필터