Цитата:

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь*2019 Rick Mally Electronic Design Для реализации фильтра нижних частот второго порядка Саллена-Ки и схемы сдвига уровня в этой конструкции используется широко распространенный шунтовой регулятор LM431 Во многих схемах требуется преобразование сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ) микропроцессора в аналоговое напряжение. Часто пассивный однополюсный RC-фильтр вполне удовлетворяет проектным требованиям, но этому подходу обычно присущи некоторые недостатки, включая большое время отклика, зашумленные результаты и отсутствие буферизации.

Подробнее: Простая схема превращает сигнал ШИМ в точное опорное напряжение с цифровым управлением

Очень интересная идея! Я правильно понимаю, что эта конкретная схема работоспособно только при двухполярном питании, где конденсатор C2 идёт на среднюю точку, а резистор R3 на минус? Возможно ли её реорганизовать под однополярное питание, пожертвовав размахом выхода? Т.е. посадить R3 на землю и тогда получить вместо 0 уровень 2.5 В. Но тогда куда подключить C2? Организовать виртуальную среднюю точку? Специалисты, подскажите!

Цитата:

Сообщение от proxykiva

... конкретная схема работоспособна только при двухполярном питании, где конденсатор C2 идёт на среднюю точку, а резистор R3 на минус?

Нет, не обязательно двухполярное. В этой схеме выбор двухполярного питания обусловлен особенностями LM431. Выход этого стабилизатора/регулятора/ИОНа меняется от 2,5В и выше. Посмотрите даташит на LM/TL431.

Тут, по сути, реализована классическая схема фильтра Саллена-Ки, где обычный ОУ заменён на LM431. Отсюда требование автора к равенству R1 и R2. Добротность фильтра задается конденсаторами С1 и С2. Но LM431 - это регулируемый стабилитрон, поэтому в роли нагрузки для него выступает R3 c нетипичным номиналом 499 Ом.

Для получения приемлемого уровня пульсаций на выходе (т.е. максимально низкого) при указанных на схеме номиналах и частоте среза 2300 Гц, я бы выбрал частоту ШИМ не ниже 30-50 кГц и выше. Иначе по характеристикам это будет плохой ИОН.

Но у меня есть сомнения на счет качеств этого фильтра, если честно. Поскольку в классическом ФНЧ 2-го порядка требуется ОУ с хорошими характеристиками. На сколько хорош ОУ в LM431 можно судить по его низкой цене. В даташите мало информации, но судя по скудным диаграммам для частот больше 60кГц всё очень плохо. Поэтому то, что автор указывает –12 дБ/октаву, наверное предел схемы. Хоть и говорит, что частоту среза можно пересчитать для других исходных.

Для однополярного питания схемы, к сожалению, нельзя поставить R3 в плюс питания. А посадив R3 на землю, как Вы предлагаете, можно будет регулировать выход для скважности ШИМ от 50% и выше. Т.е. упадет разрешение такого ЦАПа. При этом выход будет меняться где-то от 0 до 2В. С конденсатором С2 делать ничего не нужно, пусть остается подключенным на R3. При этом можно попробовать менять номиналы и соотношения R1, R2 и C1, С2.

Рекомендую обратить внимание на схему ШИМ ЦАП без пульсаций тут на РЛ. Можно ещё поискать по тегам ШИМ-ЦАП/ИОН.

Если нужен не ШИМ-ЦАП, а именно ИОН из ШИМ, можно просто использовать многозвенный RC-фильтр, выход которого умощнить буфером на ОУ. А вообще, устранить малой кровью пульсации ШИМ очень сложно. На форуме есть апологеты того, что это невозможно и неразумно. Куда проще использовать дискретный ЦАП (аппаратный на МК). В любом случае такой ИОН получится весьма посредственным.

Благодарю за подробный ответ и пищу для ума! Эта схема меня заинтересовала именно как простой ШИМ-ЦАП при минимуме компонент. По поводу 2.5 В думал, – предполагал, что можно применить ИОН’ы с 1.8 В, а по поводу скважности ШИМ’а от 50 % – сделать простое смещение на входе делителем (по аналогии с https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=133196).

Предложенную вами по ссылке схему уже ранее видел в pdf-журнале «Радиолоцман» и её чуть более сложную вариацию (https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=194033), и, да, она представляет интерес – возможно, её попробую (поэкспериментирую, когда будет возможность).
Спасибо и здоровья в это непростое время!

Я так и не понял, какие достоинства этой схемы. С преобразованием ШИМ сигнала в постоянное напряжение успешно справится любой ФНЧ. Порядок фильтра определяется допустимым уровнем проникновения входного сигнала. Если применён ФНЧ второго порядка, то крутизна характеристики будет 12 дб/октава, если третьего порядка, то 18 дб/октава и т.д. И никаких 499 Ом!

Цитата:

Сообщение от antonydublin

c нетипичным номиналом 499 Ом.

Откуда Вы взяли, что номинал "нетипичный"??? Очень даже типичный для ряда номиналов, начиная с Е48.

Амбиции разработчика описанного выше ИОН основаны на личном опыте без какой-либо сторонней экспертизе полученных результатов. Могу только отметит явные схемотехнические ошибки применения ОУ в схемах, которые встречаются в 99.9% разработках с "претензиями" на "новизну"... :
1. В схемотехнике ОЗУ отсутствует "средняя точка", которая может подсоединена к общей точке источников питания +U и -U и поэтому любые пульсации источников питания "автоматически" попадают на входы ОУ, что недопустимо для схем с "прецизионными" характеристиками;
2. Во всех "нормальных" схемах сигнал и цепь "земли" для него проходят как дифференциальный поток +Uсигн. и - Uсигн. по образу и подобию приёмо-передачи тока в цепях шины RS485 и им подобных...

Цитата:

Сообщение от falkonist

Откуда Вы взяли, что номинал "нетипичный"??? Очень даже типичный для ряда номиналов, начиная с Е48.

Нетипичные для радиолюбителя ряды E48-E192. Но, конечно, радиолюбитель радиолюбителю рознь.

Цитата:

Сообщение от SVNKz

Амбиции разработчика описанного выше ИОН основаны на личном опыте без какой-либо сторонней экспертизе полученных результатов.

Правильно, но вот слово "амбиции" невпопад. Ну сделал человек фильтр на раз-два, но где же тут амбиции. Так, схема из интернета.

Примечательно, что на том же ElectronicDesign за 2012 год эта схема получила награду в номинации Best Ideas For Design, вот тут в самом низу списка.