Активный фильтр для приема телеграфа

16 ноября 2020

Некоторое время назад мы познакомились с активными фильтрами нижних и верхних частот по топологии Саллена-Ки. Давайте рассмотрим еще одну схему. На этот раз это будет полосно-пропускающий фильтр, сделанный по другой топологии. Фильтр специально спроектирован для приема телеграфа.

Схема позаимстована из статьи «Active Filters», написанной Alan Bloom, N1AL и опубликованной в журнале QST за июль 1980-го года. Эта статья вошла в книгу QRP Classics, откуда я о ней и узнал. В оригинале приводится переключаемый фильтр для CW и SSB. Переключаемый фильтр мне не требовался, поэтому схема была упрощена и адаптирована под имеющиеся компоненты. Также фильтр был подогнан под частоту 1000 Гц вместо 920 Гц в оригинальной статье.

Вот что получилось в итоге:

Схема активного фильтра для приема телеграфа

Здесь использована топология multiple feedback. Технически, это фильтр нижних частот. Однако номиналы подобраны так, чтобы задрать Q. За счет этого фильтр работает, как очень узкополосный полосно-пропускающий фильтр. Когда входной сигнал отсутствует, на входе мы имеем постоянно напряжение, равное среднему от Vcc и Vee. Если использовать конденсаторы для развязки по постоянному току, то можно обойтись однополярным питанием. Заодно эти конденсаторы подрезают нижние частоты, окончательно делая фильтр похожим на полосно-пропускающий.

Вычислим частоту среза фильтра:

>>> from math import pi, sqrt
>>> R3 = 15000
>>> R4 = 15000
>>> C2 = 0.1/1000/1000
>>> C5 = 1/1000/1000/1000
>>> 1/(2*pi*sqrt(R3*R4*C2*C5))
1061.032953945969

… а также Q:

>>> R1 = 15000
>>> K = -R4/R1
>>> sqrt(R3*R4*C2*C5)/((R4+R3+abs(K)*R3)*C5)
3.3333333333333335

Используя два таких фильтра последовательно, можно добиться еще более узкой полосы пропускания. Результат моделирования в LTspice:

Моделирование полосно-пропускающего телеграфного фильтра в LTspice

Двойной фильтр имеет полосу по уровню -6 дБ в 300 Гц, пик АЧХ приходится на 1000 Гц. То, что нужно для телеграфа. Подобрав номиналы компонентов, пик можно сместить на ту частоту, которая вам больше нравится. В полосе пропускания фильтр обладает некоторым усилением, что тоже есть хорошо.

Фильтр был изготовлен на куске фольгированного текстолита с использованием метода ugly construction:

Самодельный полосно-пропускающий фильтр для приема телеграфа

Осциллограф и генератор сигналов показывают следующую АЧХ:

АЧХ активного полосно-пропускающего фильтра

Цена деления по вертикали составляет 20 мВ, а по горизонтали — 500 Гц. Видим, что пик пришелся ровно на 1000 Гц. На частотах 1000-1500 Гц АЧХ вышла кривовата. Это объясняется погрешностью в номиналах конденсаторов, которые я поленился подбирать. Такая АЧХ меня устраивает, поэтому все было оставлено, как есть. При подаче на вход сигнала с частотой 1 кГц и размахом 0.1 В на выходе видим 0.3 Vpp, что соответствует примерно 9.5 дБ усиления:

>>> 20*log10(0.3/0.1)
9.542425094393248

Фильтр был протестирован в приемнике прямого преобразования, перепаянном на CW-участок диапазона 40 метров. Все работает должным образом.

Полную модель двойного фильтра можно скачать здесь. В том же архиве вы найдете модель оригинального фильтра для SSB. Он превращается в CW-фильтр путем соединения конденсаторов на 0.1 мкФ параллельно с C7 и C9.

Метки: , .