Twin-T 有源陷波滤波器分析

电器工程 声音的 运算放大器 筛选
2022-01-06 16:01:08

谁能给我一个提示来分析 Twin-T 有源陷波滤波器?我尝试了 delta-star 变换,然后进行了节点分析,但最终得到了相互冲突的方程。例如,请查看德州仪器 (TI) 应用笔记“音频电路集合,第 2 部分”中的图 1:

在此处输入图像描述

在我正在研究的更一般的示例中,我移除了 C4/C5 和 R6/R7(以及那个 Vcc)并将 T 无源组件视为匹配电导,如下所示:

R1 和 R2 变为 Y1,R3 变为 2Y1,C1 和 C2 变为 Y2,C3 变为 2Y2,R4 和 R5 具有电阻 R1 和 R2 的通用分压器

2个回答

Delta-Star 变换可用于使用以下过程分析 Twin-T 网络:

  1. 两个 T 网络可以并行转换为孪生 Delta 网络: 在此处输入图像描述
  2. 将这两个 Delta 网络浓缩成一个 Delta 网络
  3. 将生成的 Delta 网络转换回 T 网络。

  4. 要查看无源双 T 的陷波行为,假设节点 2 接地,并将您在步骤 3 中获得的 Delta 网络视为分压器。

    你会发现 $$H(s) =\frac{s^2 + {\omega_0}^2}{s^2 + 4s\omega_0 + {\omega_0}^2}$$的传递函数。

  5. 要查看自举的效果,假设节点 2 保持在电压 α Vout,其中 α 是介于 0 和 1 之间的某个比例因子。T 网络仍然充当分压器,在 Vin 和 α Vout 之间进行分压。为了找到系统的行为,我们需要解方程$$v_\textrm{out} = \alpha \cdot v_\textrm{out} + H(s) ( v_\textrm{in} - \alpha\cdot v_\textrm{out} )$$,其中$$H(s)=Z_2/(Z_1 + Z_2)$$是没有反馈的传递函数。这样做,我们找到了一个新的传递函数:$$G(s) = \frac{1}{(1-\alpha)\frac{1}{H(s)} + \alpha}$$请注意,对于\$\alpha=0\$(无反馈),我们有\$G(s)=H(s)\$,正如预期的那样。对于\$\alpha=1\$,系统变得不稳定。绘制 0 到 1 之间的 alpha 值的函数,我们发现缺口的 Q 值大幅增加。

得到的传递函数为: $$G(s) =\frac{s^2 + {\omega_0}^2}{s^2 + 4s\omega_0(\alpha - 1) + {\omega_0}^2}$ $ .

当反馈增益\$\alpha\$改变时,频率响应如下所示:

理想双 T 型缺口的频率响应 各种变换的代数有点繁琐。我使用 Mathematica 来做到这一点:

(* Define the delta-star and star-delta transforms *)

deltaToStar[{z1_,z2_,z3_}]:={z2 z3, z1 z3, z1 z2}/(z1+z2+z3)
starToDelta[z_]:=1/deltaToStar[1/z]

(* Check the definition *)
deltaToStar[{Ra,Rb,Rc}]

(* Make sure these transforms are inverses of each other *)
starToDelta[deltaToStar[{z1,z2,z3}]]=={z1,z2,z3}//FullSimplify
deltaToStar[starToDelta[{z1,z2,z3}]]=={z1,z2,z3}//FullSimplify

(* Define impedance of a resistor and a capacitor *)
res[R_]:=R
cap[C_]:=1/(s C)

(* Convert the twin T's to twin Delta's *) 
starToDelta[{res[R], cap[2C], res[R]}]//FullSimplify
starToDelta[{cap[C], res[R/2], cap[C]}]//FullSimplify

(* Combine in parallel *)
1/(1/% + 1/%%)//FullSimplify

(* Convert back to a T network *)
deltaToStar[%]//FullSimplify

starToVoltageDivider[z_]:=z[[2]]/(z[[1]]+z[[2]])
starToVoltageDivider[%%]//FullSimplify

% /. {s-> I ω, R ->  1/(ω0 C)} // FullSimplify

这是一种解决方法 - 带反馈的陷波滤波器稍微复杂一些,所以我暂时只概述如何实现双 T 陷波滤波器的一般形式:

在此处输入图像描述

要使用节点分析解决电路,需要将电压源 Vin 转换为其等效的诺顿源 - 虽然这有点棘手,因为您必须将 Vin 转换为两个诺顿源以考虑 R1 和 C1,然后重新排列电路以进行补偿. 像这样:

当前源版本

点 1、2 和 3 显示在等效电路上的新位置。然后,您应该能够通过检查写下 KCL 方程,并在未知数 V1、V2 和 V3 中创建一个 3 x 3 的增广矩阵。然后,您可以使用 Cramer 规则根据 Vin 求解 V2/Vo。

TI 数据表中显示的反馈电路应该不会那么复杂,因为输出由 U1A 和 U1B 缓冲,因此您可以创建类似的电流源等效电路;而不是我第一个图中的 R2 和 C2 接地,它们将连接到值为 \$Vo*\alpha\$ 的电压源,其中 alpha 是分压比。

编辑:更正了第一张图