Активные фильтры

ARC-филътры (активные RC-фильтры) – это фильтры, использующие для фор­мирования частотной характеристики заданного вида как пассивные (в основ­ном R и С), так и активные (усилительные) элементы.

Применение усилительных элементов выгодно отличает активные фильтры от фильтров на пассивных элементах.

К преимуществам активных фильтров в пер­вую очередь следует отнести:

способность усиливать сигнал, лежащий в полосе их пропускания;

возможность отказаться от применения таких нетехнологичных элементов, как индуктивности, использование которых несовместимо с методами интеграль­ной технологии;

легкость настройки;

малые масса и объем, которые слабо зависят от полосы пропускания, что осо­бенно важно при разработке устройств, работающих в низкочастотной области;

простота каскадного включения при построении фильтров высоких порядков.

В аппаратуре связи применяют ARС-фильтры различных порядков. На каждый порядок фильтра в реальной схеме ARC-фильтра обычно прихо­дится один конденсатор.

Широко применяются ARС-фильтры на основе источника напряжения, управ­ляемого напряжением.

Особенно часто строят активные фильтры на ОУ. Активные фильтры (АФ) имеют не­сомненные преимущества перед пассивными в диапазоне f < 10 кГц, в котором катушки индуктивности дорогостоящи, громоздки, имеют большие потери, т. е. низкую добротность, и плохую стабильность. Напротив, в указанном диапазоне частот ОУ практически безиннер­ционны и могут обеспечить высокую стабильность работы АФ.

При построении на основе АФ фильтров нижних частот (ФНЧ), фильтров верхних частот (ФВЧ), полосовых фильтров (ПФ) используют различные аппроксимации АЧХ и ФЧХ так назы­ваемых идеальных фильтров. Наиболее часто применяют три вида ап­проксимации: 1) по Бесселю; 2) по Баттерворту; 3) по Чебышеву. Фильтр Баттерворта удобен тем, что при увеличении порядка фильтра его АЧХ приближается к АЧХ иде­ального фильтра, т. е. уменьшаются искажения в полосе пропускания и увеличивается крутизна скатов АЧХ вне полосы пропускания.

Принципиальная схема ФНЧ второго порядка приведена на рисунок2.65(а).

В первом приближении можно считать, что ФНЧ имеет два.интегрирующих звена: R1C1 и R2C2. Для упрощенного расчета фильтра обычно выбирают R ₁= 2R ₂, R ₃ =R ₁, С ₁ =4C ₂. При этом частота среза

ω_с.в≈ 4 ₁C_1.. При приближенных расчетах обычно выбирают какое-либо из сопротивлений в пределах 5—200 кОм. При меньшем R могут оказаться слишком большими значения С. При большем R начинают сильно сказываться шумы и токи смещения в ОУ. При вы­бранном R по известной ω_с.в определяют емкости.

Принципиальная схема ФВЧ второго порядка приведена на рисунке 2.65(б) ФВЧ как бы содержит два дифференцирующих звена: C1R1, C3R2. Для приближенных расчетов выбирают R₂ =4R₁, C₁=C₂, C₃=2C₁. При этом _сн 2/ ₂C_{2 .}

Рисунок 2.66 – Полосовой фильтр

Полосовой фильтр(ПФ)

Принципиальная схема ПФ приведена на рисунок 2.66. Он как бы состоит из звеньев ФНЧ и ФВЧ. Полагая Ku ОС=1 на резонансной частоте ω₀ и C₁ = С₂ = С, можно сопротивления определить из следующих выражений:

₀ = Q/R₁C; R₃ = 2R₁; R₂ = R₃/ (4Q² – 2), где Q- добротность фильтра, определяющая его полосу пропускания _0,7 = ₀/2 .

Полосовой фильтр имеет крутизну скатов, равную 20 дБ/дек.

Фильтры на неинвертирующем усилителе имеют более высокое входное сопротивление по сравнению с инвертирующим и реализуются аналогично.

Выводы: 1. Главная особенность ОУ – возможность применения глубокой ООС благодаря большому коэффициенту усиления. 2. Основным свойством схем ОУ, охваченных ООС, определяется особенностями построения и параметрами цепи ООС. 3. В усилительных системах ОУ используют либо как инвертирующие, либо как неинвертирующие усилители. 4. Достоинство неинвертирующей схемы ОУ – увеличение входного сопротивления. 5. Наиболее широкое применение в схемах усилений ИМС получили предварительные каскады и выходные сравнительно не большие мощности.

Контрольные вопросы:

1. В чем основное отличие включения ОУ как инвертирующего или неинвертирующего усилителя?

2. Чем объяснить увеличение входного сопротивления в схеме неинвертирующего усилителя?

3. В чем основные особенности применения ОУ в качестве дифференциального усилителя?

4. С какой целью применяют внешнюю частотную коррекцию в схемах ОУ?

5. С чем связаны ошибки интегрирования сигнала в ОУ?

6. Объясните схемы реализации инвертора, интегратора и сумматора на базе ОУ.

7. Поясните основные достоинства ARC- фильтров.

Дата добавления: 2014-11-16