background image

Aktywne filtry górno i dolnoprzepustowe 

 

WstĊp, czyli stare dobre czasy... 
 

Na podstawach elektrotechniki miaáem waákowane kilka miesiĊcy o 

wzmacniaczach operacyjnych. Tematyka podejmowanych tam 
zagadnieĔ znaczącą zniechĊciáa mnie do dalszych eksperymentów. 

Zastanawiaáem siĊ podczas kolejnych nic nie znaczących tematów lekcji, 

do czego moĪna wykorzystaü wiedzĊ w zakresie budowy takich aplikacji 

wzmacniaczy operacyjnych jak: wzmacniacz róĪnicowy, caákujący, 

sumujący, mnoĪący.... MoĪe zrobiü komputer analogowy - Nie w 

obecnej chwili takie urządzenie nie znalazáoby zastosowania. Stanąáem, 

wiĊc przed ciĊĪkim zadaniem. W sumie są to áadne trójkąty (chodzi o 

symbol), ale w dalszym ciągu nie wiedziaáem co z nimi zrobiü. W koĔcu 

natknąáem siĊ na ksiąĪkĊ poĞwiĊconą caákowicie wzmacniaczom nie 

tylko operacyjnym. Patrząc na te wszystkie wzory, bĊdąc juĪ zaáamany 

pod wzglĊdem psychicznym oraz brakiem nowych pomysáów siĊgnąáem 

po gotowe rozwiązanie przykáadowego filtru z kilkoma prostymi wzorami 

na obliczenie elementów. KamieĔ spadá z serca i przystĊpując do 

symulacji wprowadziáem pierwsze  zmiany w ukáadzie, dowiadując siĊ 

jednoczeĞnie podstawowych zaleĪnoĞci czĊstotliwoĞci przepustowej od 

wartoĞci elementów (caáy czas sądzĊ,  Īe wzory nigdy nie zastąpią 

praktyki). W ukáadzie powoli pojawiaáy siĊ nowe funkcje – przykáadowo 

táumienie sygnaáu w zaleĪnoĞci od poáoĪenia suwaka potencjometru.  

Przyszedá w koĔcu finaá i oto przed PaĔstwem ukáad filtru niskich i 

wysokich tonów. Po co to, komu? WáaĞciwe na początku, obawiając siĊ 

alternatywnych rozwiązaĔ typu korektor w komputerze, nie wiedziaáem 

jak dobrze przedstawiü ukáady, aby wzbudziáy zainteresowanie. Po 

dáuĪszym namyĞle ukáad o uwydatnieniu niskich tonów moĪna 

wykorzystaü podczas tworzenia subwoofera. Znając juĪ duĪe 

zainteresowanie takimi urządzeniami, na pewno zostanie zwrócona 

uwaga na takie rozwiązanie.  

Pozostaáa kwestia wykorzystania filtru górnoprzepustowego 

sáuĪącego do wzmocnienia wysokich tonów. Jak na razie konkretne 

zastosowanie nie przychodzi mi do gáowy. Ukáad jednak moĪe sáuĪyü 

podobnie jak subwoofer do wzmacniania aktywnego wysokich tonów 
specjalnie dla potocznie mówiąc „gwizdka” Do tej pory doáączaliĞmy do 

takiego gáoĞnika kondensator, a teraz wyodrĊbnione zostanie pasmo juĪ 

za koĔcówką mocy. Jest to bardzo waĪne – nie powstają  Īadne 

znieksztaácenia i nie zostaje zredukowana moc! 

background image

W kaĪdym razie ukáady filtrów znajdą wszĊdzie zastosowanie, 

gdzie zaleĪy nam na wydzieleniu i wzmocnieniu okreĞlonego pasma 

czĊstotliwoĞciowego sygnaáu m.cz. (audio). 

 

Opis wzmacniaczy operacyjnych serii TL07 i TL072 

 

TL07 zawiera swej strukturze jeden wzmacniacz operacyjny, natomiast 

TL072 – dwa. Podstawowe parametry obu ukáadów scalonych są 

jednakowe i przedstawiają siĊ nastĊpująco: 

 
Zasilanie: +/-5V 

Moc: 680mW 
Rezystancja wejĞciowa: 0

2

 mŸ 

ZawartoĞü wszystkich harmonicznych: 0,0% 

Maksymalne napiĊcie wejĞciowe: 0mV 

  
Dokáadne opisy ukáadów scalonych TL07 oraz TL072 moĪna znaleĨü na 

witrynie internetowej Elektronika Hobby w dziale katalog: 
http://www.elektronika.basnet.pl/katalog/katalog.html  
 

Opis filtrów 
 

Urządzenie skáada siĊ z dwóch moduáów – nastawnika wysokich i 

niskich tonów poáączonych szeregowo (rys. ). Jednak kaĪdy nastawnik 

moĪe pracowaü oddzielnie redukując w ten sposób odpowiednie pasmo 

czĊstotliwoĞciowe (rys. 2 i 3).  

Na ukáadzie Ua zostaá zbudowany filtr górnoprzepustowy, którego 

wáasnoĞci czĊstotliwoĞciowe zaleĪą od elementów C3, R3 i oczywiĞcie 

od P znajdujących siĊ w pĊtli sprzĊĪenia zwrotnego. CzĊstotliwoĞü 

graniczna wynosi 2kHz i moĪe byü z áatwoĞcią dopasowana do wáasnych 

potrzeb poprzez zmianĊ C3.  

Na ukáadzie Ub zostaá zbudowany filtr dolnoprzepustowy, którego 

wáasnoĞci czĊstotliwoĞciowe zaleĪą od elementów C4, R6 oraz P2 

znajdujące siĊ w pĊtli sprzĊĪenia zwrotnego. CzĊstotliwoĞü graniczna 

wynosi 350Hz i moĪe byü z áatwoĞcią zmieniana przez zmianĊ wartoĞci 

C4. Jest wskazane zastosowanie na wyjĞciu ukáadu dodatkowego 

wzmacniacza buforującego sprzĊĪonego pojemnoĞciowo – opisywany 

ukáad przy maksymalnym wzmocnieniu wzmacnia napiĊcie offsetu ok. 4 

razy.  

Testy przeprowadzono na oddzielnych nastawnikach dla tonów 

wysokich i niskich znajdujących siĊ odpowiednio na rysunkach 2 i 3. 

ChociaĪ wykorzystano ukáad TL072, to do budowy jednego, wybranego 

background image

filtru wystarczy ukáad scalony zawierający tylko jeden wzmacniacz 

operacyjny – TL07, ale pamiĊtając o innych wyprowadzeniach tego 

scalaka. Warto zwróciü uwagĊ na rezystor R4, którego wartoĞü przy 

poáączeniu szeregowym filtrów wynosi MŸ, a podczas pracy oddzielnej 

nastawnika dolnoprzepustowego rezystancja jest równa 47kŸ.  

 

MontaĪ i regulacja 
 

Dwa filtry aktywne poáączone szeregowo zmontowano na jednej 

páytce drukowanej przedstawionej na rysunku 4. W przypadku chĊci 

wykorzystania tylko jednego filtru moĪemy uĪyü metody pajĊczarskiej – 

zezwala na to prostota urządzenia. Na początku montujemy najmniejsze 

elementy, koĔcząc na podzespoáach o wiĊkszych gabarytach. Regulacji 

wysokich i niskich tonów dokonujemy za pomocą potencjometrów P i 

P2. ObojĊtnie, który ukáad zrobimy pamiĊtajmy,  Īe wyjĞcia filtrów 

aktywnych podáączamy przed wzmacniaczem koĔcowym.  

 

Dziaáanie 
 

Po zakoĔczonej treĞci teoretycznej przyszedá czas na 

przedstawienie wad i zalet, które zostaáy dostrzeĪone podczas testów 

praktycznych. Zarówno filtr górnoprzepustowy jak i dolnoprzepustowy nie 
likwidowaá w peáni innych czĊstotliwoĞci, powodując jedynie uwydatnienie 

lub osáabienie (zaleĪnie od poáoĪenia potencjometru) wybranego pasma. 

Ma to jednak swoje dobre strony. Dlaczego? PrzecieĪ w przypadku 

caákowitej likwidacji przez filtr górnoprzepustowy pasma czĊstotliwoĞci 

poniĪej 2kHz, filtr dolnoprzepustowy, który poáączony jest szeregowo z 

górnoprzepustowym nie miaáby co wzmacniaü! Takie same zjawisko 

wystĊpuje w innym przypadku. WyobraĨmy sobie, Īe filtr 

górnoprzepustowy uwydatniá wysokie czĊstotliwoĞci, a filtr 

dolnoprzepustowy je po prostu zlikwidowaá  - Dlatego tak waĪne jest, 

aby filtry nie likwidowaáy w peáni innych czĊstotliwoĞci, a jedynie 

wzmacniaáy swoje pasmo. Po doprowadzeniu wyjĞcia filtrów poáączonych 

szeregowo do wzmacniacza koĔcowego uzyskamy w ten sposób 

tradycyjny regulator barwy tonu, znajdujący siĊ w kaĪdym lepszym 

urządzeniu audio. 

 

Autor: Kamil Gulczuk 
elektronika@basnet.pl

 

Wersja Ĩródáowa projektu (w programie Protel 99SE) 

jest dostĊpna na witrynie internetowej Elektronika 

Hobby pod adresem: 
http://www.elektronika.basnet.pl/protel/protel.html

 

 

background image

1

2

3

4

56

A

B

C

D

6

5

4

3

2

1

D

C

B

A

Title

Number

Revision

Size

B

Date:

7-

Ju

n-

20

00

 

Sheet    of 

File:

E

:\p

rotel_projekty\filtry_audio.ddb

Drawn By:

2

3

1

8

4

U1A

TL072

6

5

7

4

8

U1B

TL072

+15

-15

1

2

Z1

Wej

Ğcie

R1 47k

C2

100nF

C1

100nF

R2 1M

P1 10k

R3 2,2k

C3 8,2nF

R4* 1M

Wyj

Ğcie 1 filtru

R5 1M

P2 10k

R6 2,2k

C4

270nF ~ 220nF

1

2

Z2

Wyj

Ğcie

1

2

3

Z3

zasilanie

+15

-15

Copyright (C) Elektronika Hobby 

Rys. 1. Schemat ideowy dwóch filtrów aktywnych polaczonych szeregowo.

background image

1

2

3

4

56

A

B

C

D

6

5

4

3

2

1

D

C

B

A

Title

Number

Revision

Size

B

Date:

7-

Ju

n-

20

00

 

Sheet    of 

File:

E

:\p

rotel_projekty\filtry_audio.ddb

Drawn By:

2

3

1

8

4

U1A

TL072 lub TL071

+15

-15

1

2

Z1

Wej

Ğcie

R1 47k

C2

100nF

C1

100nF

R2

1M

P1

10k

R3 2,2k

C3 8,2nF

1

2

Z2

wyj

Ğcie

Filtr górnoprzepustowy

Rys. 2. Schemat ideowy filtru górnoprzepustowego.

background image

1

2

3

4

56

A

B

C

D

6

5

4

3

2

1

D

C

B

A

Title

Number

Revision

Size

B

Date:

7-

Ju

n-

20

00

 

Sheet    of 

File:

E

:\p

rotel_projekty\filtry_audio.ddb

Drawn By:

6

5

7

4

8

U1B

TL072 lub TL071

R4 47k

R5 1M

P2 10k

R6

2,2k

C4 270nF ~ 220nF

1

2

Z2

Wyj

Ğcie

Filtr dolnoprzepustowy

+15

-15

C2

100nF

C1

100nF

1

2

Z1

Wej

Ğcie

Rys. 3. Schemat ideowy filtru dolnoprzepustowego.

background image

Rys. 4. Wzór plytki dwóch filtrów.

background image

Rys. 5. Schemat montazowy.