Дослідження діапазонного резонансного підсилювача, страница 15

3. Як залежать основні параметри амплітудного обмежувача від значення струму ГСС?

4. Яким чином можна змінювати коефіцієнт підсилення ДК?

5. Які основні напрямки підвищення вхідного опору ДК?

Лабораторна робота №6

Дослідження активних частотних фільтрів і фазообертача на основі операційних підсилювачів (ОП)

Мета роботи – експериментально дослідити характеристики активних частотних фільтрів і фазообертача на основі ОП, вивчити методику експериментального визначення основних параметрів.

Короткі теоретичні відомості

У більшості випадків фільтр - це частотно-вибірний вузол. Він пропускає сигнали певних частот і затримує, послаблює сигнали інших частот.

Діапазони або смуги частот, в яких проходять сигнали, називаються смугами пропускання, і в них нормоване значення АЧХ наближається до одиниці (в ідеальному випадку – постійно). Діапазон частот, в якому сигнали подавляються, утворює смугу затримання, де модуль  малий, а в ідеальному випадку дорівнює нулю.

Рисунок 6.1 – АЧХ фільтра нижніх частот

На рис.6.1 зображена АЧХ фільтра нижніх частот (ідеальна – суцільною лінією, реальна – пунктиром).

На практиці неможливо реалізувати ідеальну характерис­тику, оскільки треба сформувати дуже вузьку перехідну область (інтервал частот ,  – частота, на якій модуль  (зменшується в задане число разів, наприклад, у 10 разів;  – частота  зрізу).

Передаточна функція реалізовуваного фільтра являє собою відношення поліномів:

,

де коефіцієнти  - дійсні постійні величини; ;  ; коефіцієнт   - визначає порядок фільтра.

Доведено, що реальні АЧХ близькі до ідеальних для фільтрів більш високого порядку. Однак схеми цих фільтрів складні і дорого коштують.

Найбільш популярний спосіб побудови фільтра із заданою пере­даточною функцією   - го порядку - це з’єднання між собою каскадно окремих вузлів. При цьому важливо, щоб вузли не впливали один на од­ного, не змінювали власні передаточні функції. ОП із зовнішнім негативним зворотним зв’язком (НЗЗ) можна використати для реалізації невзаємодійних ланок складних фільтрів.

Фільтри нижніх частот

Найбільш відомі чотири типи фільтрів нижніх частот (ФНЧ) – фільтри  Баттерворта, Чебишова, інверсний Чебишова, еліптичний.

Фільтри Баттерворта мають монотонну АЧХ, подібну до зображеної на рис.6.1, яка описується виразом:

,

де  - порядок фільтра.

Рисунок 6.2 – АЧХ фільтра Чебишова

АЧХ фільтра Чебишова (рис.6.2) містить пульсації в смузі пропускання та монотонна в смузі затримання. АЧХ описується як

,

де - постійне число, яке визначає нерівномірність АЧХ у смузі пропускання;

 - поліном Чебишова першого роду степені ; п =1,2,3,...

Фільтр Чебишова високого порядку має АЧХ, ближчу до ідеальної, ніж фільтр Баттерворта того самого порядку. Однак фазово-частотна характеристика (ФЧХ) фільтра Баттерворта ближча до лінійної.

ФНЧ Баттерворта та Чебишова різних порядків на ОП можуть бути реалізовані шляхом введення багатопетльового зворотного зв’язку (БЗЗ) або за допомогою формування ДНУН (джерела напруги, яке керується напругою).

Схему ФНЧ з БЗЗ зображено на рис.6.3.

Рисунок 6.3 – ФНЧ з БЗЗ

Елементи схеми можна визначити зі співвідношень:

 - переважно;

;

,

де К - коефіцієнт підсилення на частоті ;  та  - табличні коефіцієнти.

Через свою відносну простоту фільтр з БЗЗ є одним з найбільш популярних типів фільтрів з інвертувальним коефіцієнтом підсилення.

На рис.6.4 показано схему ФНЧ на ДНУН, яка в смузі пропускання не інвертує фазу сигналу. Елементи схеми визначають з виразів:

 - переважно;

;

, ; ,

де К - коефіцієнт підсилення ФНЧ на частоті ;  - табличні коефіцієнти . Резистори  та  задаються таким чином, щоб мінімізувати зміщення за постійним струмом ОП.

Рисунок 6.4 – ФНЧ на ДНУН

На практиці у ФНЧ на ДНУН обирають , , тоді .

Для реалізації інверсних Чебишова та еліптичних ФНЧ використовують інші схемні вирішення [23]. АЧХ інверсного фільтра Чебишова мо­нотонна в смузі пропускання і не має пульсації  у смузі затримання.

Фільтри верхніх частот

Передаточну функцію фільтра верхніх частот (ФВЧ) з частотою зрізу можна одержати з передаточної функції нормованого ФНЧ , якщо замість змінної  підставити