Фильтры на переключаемых конденсаторах

[kalexn]

Фирма MAXIM и не только она выпускают аналоговые фильтры на переключаемых конденсаторах, причем есть высокого порядка. Меняя частоту ключевания можно менять частоту среза фильтра(100:1). Может кто использовал эти фильтры для регулировки полосы пропускания в УНЧ. Поделитесь своим опытом и соображениями на этот счет.

[Михаил]

У меня была мысль применить такие в качестве перестраиваемого фильтра аналогового музыкального синтезатора. По идее должна быть классная вещь. Много-много лет назад, когда я действительно экспериметировал с узлами синтезатора, я делал такой фильтр, но ключи были 174КТ1. Фильтр работает, вот что могу сказать. Был призвук с частотой управляющего сигнала, но он в область воспринимаемых частот залезал. Современный интегральный по идее должен быть лишен видимых и слышимых артефактов. То есть, если АЧХ и что там еще подходящая, должно быть хорошо.

[RU3GA]

Вот конкретная реализация:
http://hamradio.online.ru/dsp2.htm

[Николай]

Переключаемый конденсатор - это устройство выборки - хранения (УВХ) мгновенного значения входного сигнала.
УВХ - это инструмент реализации теоремы Котельникова.

[kalexn]

Николай, это типа как вы нас просвещаете - спасибо.

У фирмы MAXIM есть мс. элиптический фильтр 8-го порядка, т.е. при полосе в 1кГц, на 1.5 кГц у него подавление -80ДБ. Меня интересует как этот фильтр повлияет на речевой сигнал, такие фильтры вносят по полосе очень сильные фазовые и временные задержки. Как бы это виртуально промоделировать. Т.е. записать сигнал пропустить через соотв. программу и воспроизвести.

[Николай]

Вы так и не удосужились прочитать мою статью «Принципы построения смесителей», расположенную на этом сайте в разделе «Смесители». В ней есть раздел «Демодуляция с пропуском». И в предыдущих дискуссиях на этом форуме я описывал опыт, который ещё раз подтвердил справедливость теоремы Котельникова о выборках (о дискретизации). Действительно, при частоте выборки, которая получалась путём деления 500кгц, меньше 6000 раз в секунду, частоты модуляции выше 3кгц не прослушивались. При частоте около 4000 раз, частоты выше 2кгц отсутствовали. При 2000 раз демодулированный сигнал, оставаясь громким и чистым, становился неразборчивым, неинформативным – полностью отсутствовали частоты выше 1кгц.

[LY1CE]

Ну вот, свершилось !
Наконец подтверждена справедливость теоремы Котельникова !
Сомненья прочь, пойдем переключать конденсаторы
Спасибо Николай, гений Вы наш !

[Drix]

Николай, весна, вроде, уже закончилась. Или это у тебя "вторая волна"?

[Vitёk]

Николай, маленькое замечание:
при использовании устойств выборки-хранения все часторы, находящиеся выше половины частоты дискретизации, зеркально отображаются вниз относительно этой самой половины. То есть, если имеем частоту дискретизации 8 кГц (половина соотв. 4 кГц), и на входе есть состовляющая с частотой 5.67 кГц - после УВХ поимеем свист с частотой (5.67-4.00)=1.67 кГц. Возможно, это и явилось причиной пропадания разборчивости при 2 кГц. Для избежания такого эффекта перед УВХ и ставят ФНЧ с хорошей крутизной.

[Николай]

Есть единственный физический процесс, благодаря которому происходит преобразование частоты сигнала – поглощение импульса энергии и его хранение. Есть единственное устройство в котором этот процесс происходит – это устройство выборки – хранения (УВХ) мгновенного значения входного сигнала. Есть единственная теорема количественной оценки качества выходного сигнала смесителя, функцию которого может выполнять только УВХ, это теорема Котельникова. Использовать другое устройство для преобразования частоты сигнала невозможно потому, что его нет в природе и быть не может. Пора исходить из этого факта, нравится это кому то или нет.
Мною проводились два эксперимента. Тот, который я описал – при приёме единственной станции с верхней частотой модуляции 3кгц, и второй – уменьшается ли уровень верхних частот (свиста) при расстройке вверх или вниз? Да, станция пропадает при меньшей расстройке, чем обычно. При дискретизации около 6кгц помехи от стоящих рядом на дозволенном по частоте расстоянии других станций заметно уменьшались.

[Vitёk]

Однако заинтриговали вы меня, Николай... Пришлось сесть, подумать и провести пару экспериментов.
Делаем следующее:
1. В звуковом редакторе (я пользовался CoolEdit) создаем свип-сигнал и пишем его в файл;
2. Прилагаемой программой (исходники приводятся) имитируем работу УВХ, т.е. берем очередной отсчет и размазываем его на несколько следующих;
3. Полученный файл смотрим и анализируем тем же редактором.

Исходные данные эксперимента 1:
- свип-сигнал 100 - 8000 Гц, дискретизация 44,1 кГц;
- УВХ работает через каждые 7 отсчетов, или на частоте 6300 Гц;


На спекрометре CoolEdit будут видны следующие картины:
1. При частоте входного сигнала 1000 Гц - состовляющие основной гармоники совпадают с точностью до 0.5 дБ. На выходе УВХ приэтом присутствуют гармоники 6300+/-1000, 12600+/-1000 и т.д. Гц.
2. При 3150 Гц (половине от 6300) - сигнал на выходе всё еще присутствует с полной амплитудой.
3. При 4000 Гц (больше половины) полезный сигнал ослаблен на 6 дБ (следствие sin(x)/x), зато на 2300 в полный рост торчит зеркальная зеркальная частота!
4. Дальше - хуже.

Экперимент 2:

1. Через микрофон делаем запись своего голоса;
2. имеющимся фильтром обрезаем частоты выше, скажем 3 кГц;
3. децимируем с частотой 6300 гц;
5. полученный сигнал фильтруем ФНЧ на 1000 Гц
4. смотрим, слушаем, запоминаем.

Эксперимент 3:
повторяем эксперимент 2, только децимируем на частоте 2004,5 Гц. Сравниваем Результаты.

Ущучили разницу? То-то же.

Делаем выводы:
1. Теорема Котельникова не врет, т.е. спектр сигнала должен быть ограничен _половиной_ частоты дискретизации.
2. Использование УВХ в качестве смесителя/демодулятора - занятие, мягко говоря, идиотское. И уж тем более в качестве ФНЧ перед модулятором - загадим весь диапазон.

[Vitёk]

А вот и обещанная программка дециматора.
Приводится с исходниками на C++ Builder 6.0


PS: Решил написать, как ей пользоваться.

Сначала создаем звуковой файл в формате .PCM. В CoolEdit выглядит следующим образом:
File->New, и там указываем 44100, Mono, 16 bit. Делаем запись с микрофона, редактируем, затем сохраняем:
File->Save As, тип файла выбираем 'PCM Raw Data (*.pcm;*.raw)', задаем имя и говорим OK.

Пример запуска дециматора:
DECIM in.pcm out.pcm 7 s
где in.pcm - созданный нами файл,
out.pcm - куда записать децимированный сигнал,
7 - индекс децимации (целое число), указывает, каков период работы УВХ. При частоте дискретизации 44100 Гц индекс "7" эквивалентен 44100 / 7 = 6300 Гц тактирования УВХ,
s - (stereo) указывает писать два канала: левый - исходный, правый - децимированный. Это удобно при просмотре спектра в CoolEdit.

Далее в CoolEdit открываем 'out.pcm': File->Open (out.pcm) ->[OK], далее 44100, _STEREO_, 16 bit, [OK], далее '16-bit Intel PCM', offset 0, [OK].

[Drix]

Автор оригинала Vitёk
Однако заинтриговали вы меня, Николай... .

Еще бы! Вы вот это почитайте - гораздо интереснее. us5qej это наш Николай и есть.

http://forum.qrz.ru/showthread.php?threadid=1916

http://forum.qrz.ru/showthread.php?threadid=2962

[Vitёk]

Спасибо, Drix, посмотрю.

[Vitёk]

Спасибо, Drix, что просветили. Получил массу удовольствия, просто рыдал...
Хочу сказать Николаю, что помимо режима управляемого сопротивления у ПТ есть еще один - управляемого источника тока. Кто сомневается - читайте классику, Хоровица-Хилла, например, или Титце-Шенка.
Впрочем, у Николая, возможно, когда-нибудь проскочит _здравая_ нестандарная мысль. Осталось только подождать...