Фильтр переменного состояния — это тип активного фильтра в электронных схемах. Он состоит из одного или нескольких интеграторов , соединенных в некоторой конфигурации обратной связи. Он в основном используется, когда требуется точный коэффициент добротности , поскольку другие многопорядковые фильтры не могут его обеспечить. [1] Наиболее распространенная реализация суммирует входной сигнал с его интегралом и его двойным интегралом, другая — реализация на основе MDAC.
Приведенный ниже пример может одновременно выдавать низкочастотные , высокочастотные и полосовые выходы с одного входа. [2] Это фильтр второго порядка ( биквадратный ). Его вывод происходит из перестановки передаточной функции фильтра высоких частот, которая является отношением двух квадратичных функций. Перестановка показывает, что один сигнал является суммой интегрированных копий другого. То есть перестановка показывает структуру фильтра переменной состояния. Используя различные состояния в качестве выходов, можно создавать различные виды фильтров. В более общих примерах фильтра переменной состояния возможны дополнительные порядки фильтров с большим количеством интеграторов (т. е. большим количеством состояний).
Вход сигнала обозначен V на ; выходы LP, HP и BP выдают сигналы, прошедшие фильтрацию нижних, верхних и полосовых частот соответственно. [3] [4]
Для простоты установим:
Затем:
Коэффициент усиления полосы пропускания для выходов LP и HP определяется по формуле:
Видно, что рабочая частота и добротность могут изменяться независимо. Это, а также возможность переключения между различными характеристиками фильтра, делают фильтр с переменным состоянием широко используемым в аналоговых синтезаторах .
Значения для резонансной частоты 1 кГц составляют R f1 = R f2 = 10k, C 1 = C 2 = 15nF и R 1 = R 2 = 10k.
Фильтры с переменным состоянием часто используются для изменения частотной характеристики при обработке аудиосигналов . При низких настройках Q они часто используются в схемах параметрического эквалайзера , а при высоких или переменных настройках Q — для создания резонансных фильтров в аналоговых синтезаторах. Для ручного управления частотой Rf1 и Rf2 в разделе выше можно заменить двойным потенциометром; а для управления напряжением устройства U2 и U3 можно заменить усилителями, управляемыми напряжением, или операционными усилителями крутизны .
