Biquad Filter Topologie nach Tow-Thomas
Ein Tow-Thomas Filter ist eine schaltungstechnische Realisierung eines Integratorfilters.
Dieser Filter kombiniert einen aktiven Tiefpass und Bandpass 2. Ordnung.
\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[thick, scale=1, font=\Large]
\ctikzset{bipole voltage style/.style={color=green}, bipole current style/.style={color=red}}
% Begin Schematic
\newcommand{\gndlvl}{-3}
\draw (0,0) node[op amp] (opvA) {$A$};
\draw (opvA.out -| 4, 0) node[op amp, anchor=-] (opvB) {$B$};
\draw (opvB.out -| 9, 0) node[op amp, anchor=-] (opvC) {$C$};
% Umkehrsummierer
\draw (opvA.+) to[short] (opvA.+ |- 0, \gndlvl) node[tlground] {};
\draw (opvA.-)
to [vR, l_=$R_2$, *-o] (opvA.- -| -3, 0)
to[open, v=$U_E$] (-3, \gndlvl + 0.5)
to[short, o-] (-3, \gndlvl) node[tlground] {};
\draw (opvA.-)
to[short, -*] (opvA.- |- 0, 2.5)
to[R=$R_1$] (opvA.out |- 0, 2.5)
to[short, -o] (opvA.out);
\draw (opvA.out)
to[open, v=$U_1$] (opvA.out |- 0, \gndlvl+0.5)
to[short, o-] (opvA.out |- 0, \gndlvl) node[tlground] {};
% Mitkopplungszweig
\draw (opvA.- |- 0, 2)
to[short] (opvA.- |- 0, 4)
to[R, l=$R_1$] (opvA.out |- 0, 4)
to[short] (opvC.out |- 0, 4)
to[short, -o] (opvC.out);
% Integrator 1
\draw (opvA.out)
to[vR=$R$, -*] (opvB.-)
to[short] (opvB.- |- 0, 1)
to[C, l=$C$] (opvB.out |- 0, 1)
to[short, -o] (opvB.out)
to[vR=$R$] (opvC.-);
\draw (opvB.- |- 0, 1)
to[short, *-] (opvB.- |- 0, 2.5)
to[vR, l=$R_3$] (opvB.out |- 0, 2.5)
to[short, -*] (opvB.out |- 0, 1);
\draw (opvB.+) to[short] (opvB.+ |- 0, \gndlvl) node[tlground] {};
\draw (opvB.out)
to[open, v=$U_{BP}$] (opvB.out |- 0, \gndlvl+0.5)
to[short, o-] (opvB.out |- 0, \gndlvl) node[tlground] {};
% Integrator 2
\draw (opvC.-)
to[short, *-] (opvC.- |- 0, 1)
to[C, l=$C$, -*] (opvC.out |- 0, 1);
\draw (opvC.out)
to[open, v=$U_{TP}$] (opvC.out |- 0, \gndlvl+0.5)
to[short, o-] (opvC.out |- 0, \gndlvl) node[tlground] {};
\end{circuitikz}
\end{document}
Die einzelnen Widerstände bestimmen praktischerweise größtenteils separat die Kenngrößen und :
Übertragungsfunktion
Herleitung:
Übertragungsfunktionen wird durch ineinander einsetzen der Zwischenspannungen ermittelt.
Durch Koeffizientenvergleich mit der Allgemeinen Übertragungsfunktion von Band- und Tiefpässen 2. Ordnung ergibt sich:
Bodediagramm und Ortskurve
mit den Parametern:
| Bode Diagramm | Ortskurve |
|---|---|
![]() | ![]() |
Funktionsweise
Zwischenspannungen können durch die einzelne Betrachtung jeder OPV Stufe ermittelt werden.
(A) Umkehrsummierer liefert
\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[thick, scale=1, font=\Large]
% Begin Schematic
\draw (0,0) node[op amp] (opv) {};
\draw (opv.+) to[short] ++(0,-0.5) node[tlground] {};
\draw (opv.-)
to [R, l_=$R_2$, *-o] (opv.- -| -3,0)
node[left] {$U_{E}$};
\draw (opv.-)
to[short, *-*] (opv.- |- 0, 2)
to[R, l_=$R_1$, -o] (-3, 2)
node[left] {$U_{TP}$};
\draw (opv.- |- 0, 2)
to[R=$R_1$] (opv.out |- 0, 2)
to[short, -*] (opv.out)
to[short, -o] ++(1,0) node[right] {$U_1$};
\end{circuitikz}
\end{document}
(B) Tiefpass 1. Ordnung liefert
\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[thick, scale=1, font=\Large]
% Begin Schematic
% Begin Schematic
\draw (0,0) node[op amp] (opv) {};
\draw (opv.+)
to[short] ++(0,-0.5)
node[tlground] {};
\draw (opv.-)
to [R, l_=$R$, *-o] ++(-2,0)
node[left] {$U_1$};
\draw (opv.-)
to[short, -*] (opv.- |- 0, 1.5)
to[C=$C$] (opv.out |- 0, 1.5)
to[short, *-] ++(0,-1.5)
to[short] (opv.out);
\draw (opv.-)
to[short] (opv.- |- 0, 3)
to[R, l=$R_3$] (opv.out |- 0, 3)
to[short] ++(0,-2)
to[short, -*](opv.out);
\draw (opv.out)
to[short, -o] ++(1, 0)
node[right] {$U_{BP}$};
\end{circuitikz}
\end{document}
(C) Integrator liefert
\usepackage[european, straightvoltages]{circuitikz}
\usepackage{amsmath}
\begin{document}
\begin{circuitikz}[very thick, scale=1, font=\Large]
% Begin Schematic
\draw (0,0) node[op amp] (opv) {};
\draw (opv.+) to[short] ++(0,-0.5) node[tlground] {};
\draw (opv.-)
to[short, *-] (opv.- |- 0, 2)
to[C=$C$] (opv.out |- 0, 2)
to[short, -*] (opv.out);
\draw (opv.-)
to[R, l_=$R$, -o] (opv.- -| -3,0)
node[left] {$U_{BP}$};
\draw (opv.out)
to[short, -o] ++(1,0)
node[right] {$U_{TP}$};
\end{circuitikz}
\end{document}

