Активні фільтри

Електронна зміна імпедансу (конверсія) або зміна його характеру на зворотний (інверсія) може відбуватися різними способами. Додатковою вимогою до ОП в цьому випадку є наявність високого вхідного і вихідного опору.

Для більш чіткого уявлення можливостей реалізації конверторів і інверторів імпедансу будемо вважати, що ОП має . Остання умова може бути реалізована включенням у колекторне коло вихідного емітерного повторювача ОП додаткового навантажувального резистора.

Схема реалізації конвертора імпедансу на ОП зображена на рис.4.1.

Рисунок 4.1 – Конвертор імпедансу

Враховуючи, що ємність конденсатора зворотного зв'язку створює і, що прямим проходженням сигналу через це коло можна знехтувати, отримаємо , або . Таким чином, якщо ОП має , то з'являється можливість збільшити ємність конденсатора у десятки тисяч разів.

Враховуючи вираз для і те, що при і дійсної величини добутку вхідний опір , де . Таким чином відбувається перетворення ємності у індуктивність, у тому сенсі, що струм, який протікає через неї, запізнюється відносно прикладеної напруги, а опір зростає з частотою. Такий пристрій ще носить назву гіратора.

Для інверсії ємності навантаження у необхідне значення вхідної індуктивності підсилення ОП може бути дуже малим і повинно залежати від навантаження. Це можливо тільки при великому вихідному опорі ОП.

Схема інвертора з ОП показана на рис.4.2 (ОП має високоомний вихід).

Рисунок 4.2 – Інвертор імпедансу

Якщо вибрати резистор зворотного зв'язку з великим опором, можна вважати, що виконується слідуюча умова

і у власній провідності виходу можна знехтувати у порівнянні з . Тоді

,

де

У такому випадку опір на вході пристрою є не чисто індуктивного характеру, а відповідно зашунтованим резистором . Зрозуміло, що при малих значеннях вхідна індуктивність буде мати малу добротність. Змінювати добротність можливо, впливаючи на підсилення ОП. Чим менше підсилення , тим більше еквівалентна індуктивність на вході. Ця обставина призводить до того, що замість ОП можуть використовуватися і більш прості пристрої.

Як приклади реалізації вказаних принципів розглянемо дві схеми, керованого напругою ємнісного помножувача, рис.4.3 і імітатора індуктивності, рис.4.4.

Якщо в схемі керованого напругою ємнісного помножувача опір ЗЗ звести до входу, то відповідний вхідний опір буде визначатися за виразом , а відповідна вхідна провідність . Якщо у колі ЗЗ використовується конденсатор , то схема працює як ємнісний помножувач. При цьому якщо коефіцієнт підсилення змінюється, то відповідно буде змінюватись і вхідна ємність.

Вхідний опір імітатора індуктивності зворотно пропорційний опору ЗЗ і визначається виразом . Якщо конденсатор ємністю , то вхідний опір – , тобто вхідний опір еквівалентний індуктивності .

Рисунок 4.3 – Помножувач ємності

Рисунок 4.4 – Еквівалентна індуктивність

Контрольні завдання та запитання

1. Яким вимогам повинен відповідати ОП інвертора імпедансу?

2. Які коефіцієнти підсилення каскадів К1 та К2 помножувача ємності?

3. Які опори (вхідний, вихідний) повинні бути забезпечені в помножувачі ємності?

5.1 Загальні відомості про фільтри

При використанні ОП як одного з елементів пристрою з'являється можливість синтезувати характеристику будь–якого LC фільтра без використання котушок індуктивності. Такі фільтри відомі під назвою «активних фільтрів», у зв’язку з наявністю в схемі активного елемента (ОП).

Активні фільтри можна використовувати для реалізації фільтрів НЧ,ВЧ, смугопроникальних і смугозатримувальних, вибираючи тип фільтра у залежності від його властивостей; рівномірності підсилення в смузі пропускання, крутості перехідної ділянки АЧХ або незалежності часу затримки від частоти. Окрім цього можна також побудувати «усепроникаючі фільтри» з плоскою АЧХ, але нестандартною ФЧХ (такі фільтри називають «фазові коректори»), або навпаки фільтри з постійним фазовим зсувом, але довільною АЧХ.

Коефіцієнт передачі фільтра у загальному випадку можна записати у вигляді

(5.1)

де – дійсні числа; р – оператор Лапласа, для синусоїдального сигналу .

Порядок фільтра визначається найбільшим степенем оператора р у знаменнику. Якщо відомі корені чисельника і корені знаменника, то коефіцієнт передачі можна записати у вигляді

(5.2)

При коефіцієнт передачі дорівнює нулю, тому корені називають нулями. При коефіцієнт передачі дорівнює нескінченності, тому корені називають полюсами.

Коефіцієнт передачі фільтра повністю визначається значеннями нулів і полюсів, а також сталим множником

Дата добавления: 2014-01-06