Design of new active filters, using signal flow graphs

Tato diplomová práce popisuje návrh kmitočtových filtrů pomocí grafu signálových toků. V práci jsou u moderních prvků, jako jsou GVC (zobecněný napěťový konvejor), GCC (zobecněný proudový konvejor), CF (proudový sledovač), DO-CF (dvouvýstupový proudový sledovač), OTA (operační transkonduktanční zesilovač), BOTA (dvouvýstupový transkonduktanční zesilovač) a proudový prvek CFTA, definovány grafy signálových toků, které popisují jejich činnost. V další části práce je znázorněn postup při návrhu kmitočtových filtrů pomocí grafu signálových toků. Pro konkrétní návrh byl jako aktivní prvek zvolen v prvním případě dvouvýstupový proudový sledovač (DO-CF) a v druhém případě proudový prvek CFTA. Všechna navržená zapojení kmitočtových filtrů i jejich charakteristické rovnice jsou uvedena v této práci. Činnost vybraných zapojení byla podrobena analýze v simulačním programu PSpice. Jelikož aktivní prvky, se kterými byl prováděn návrh filtru v reálné podobě neexistují, byl použit k simulaci prvek UCC (univerzální proudový konvejor), který je pro ověření funkce obvodu dostačující. Simulace byla provedena ve frekvenční oblasti 10 Hz až 10 MHz.This master’s thesis describes the design of the frequency filters by the help of the graph of the signal flows. There are defined by modern components like GVC (Generalized Voltage Conveyor), GCC (Generalized Current Conveyor), CF (Current Follower), DO-CF (Dual-Output Current Follower), OTA (Operational Transconductance Amplifier), BOTA (Ballanced Operational Transconductance Amplifier) and CFTA (Current Follower Transconductance Amplifier), the graphs of the signal flows, which describe their activity in the thesis. In the other part of the thesis is illustrated the procedure of the design of the frequency filters by the help of the graphs of the signal flows. For the concrete design was selected in the first case as the active component double output current follower and in the second case the CFTA. There are noted all designed circuits of the frequency filters also their characteristic equations in this thesis. The activity of the selected circuits was remitted to the analysis in the simulation program called PSpice. Because the active components, with which was engaged in the design of the filter which doesn’t exist in the real form, that is why the UCC, which is sufficing for attestation of the function of the circuit, was used for the simulation. The simulation was implemented in the frequency range 10 Hz to 10 MHz.

Multifunctional analog frequency filters

Tato bakalářská práce se obecně zabývá kmitočtovými filtry a jejich použitím. Jsou zde prezentovány zapojení multifunkčních kmitočtových filtrů se zaměřením na aktivní prvky jako jsou proudové konvejory (GCC), napěťové konvejory (GVC) a transkonduktanční zesilovače (OTA) jenž pracují jak v proudovém tak napěťovém módu. V práci jsou dále prezentovány výsledky návrhu dvaceti šesti kmitočtových filtrů druhého řádu jenž všechny pracují v proudovém i napěťovém módu. Je zde teoreticky rozebrána problematika návrhu tzv. M-C grafů jenž jsou grafickou obdobou napěťových a proudových incidenčních matic. Na příkladech jsou rozebrány některé navržené reprezentativní zapojení, určeny jednotlivé přenosové funkce těchto multifunkčních filtračních zapojení a jako výsledky jsou prezentovány modulové kmitočtové charakteristiky. U každého navrženého filtračního zapojení je sestaven M-C graf (graf signálových toků) jenž příslušný obvod charakterizuje. Nakonec jsou zhodnoceny vlastnosti M-C grafů a jejich vhodnost použití.Main topic of this bachelor thesis are the frequency filters and their application. It presents multifunction frequency filter circuits with focus on active circuit elements like current conveyors (GCC), voltage conveyors (GVC) and transconductance amplifiers (OTA), which operate in both voltage and current modes. Then it presents the outcomes of designing 26 second order frequency filters, all operating in both voltage and current modes. It discusses in theory the problematics of M-C graph design, which is graphics-based analogy of voltage and current incidental matrices. Selected circuit designs are examined as examples with their transfer functions determined and results presented as module frequency characteristics. Individual M-C graphs (signal flow graph) are designed for each filter circuit. In conclusion are summarized the characteristics of M-C graphs and their suitable applications.