Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода, страница 25

В этом устройстве сигналы высоких частот проходят на выход по двум конденсаторам, так как для этих частот X _C → 0, а сигналы низких частот - через два резистора R, поэтому на высоких и низких частотах K_ф =1.

          Упрощенный расчет ЗЧФ аналогичен расчету ПЧФ, т.е 

                               1                                                    1− ω2R2C 2

                f₀ = 2πRC ,  ^K₀ = 0, K(ω) = (1− ω₂R₂C ₂ )₂ +16ω₂R₂C ₂ ,  (6.12)

1.3. Активные частотные фильтры

Пассивные фильтры имеют существенный недостаток. Их характеристики зависят от сопротивления нагрузки.

Если выход пассивного фильтра подключить к входу электронного усилителя с большим входным сопротивлением, то получится активный фильтр в котором сопротивление нагрузки не будет влиять на характеристики фильтра. Кроме того, за счет обратных связей в активных фильтрах можно существенно улучшить характеристики фильтров и увеличить величину и стабильность коэффициента передачи K_ф фильтра.

1.3.1. Активные фильтры нижних частот на основе операционного усилителя

Схема активного ФНЧ приведена на рис. 6.8а. Фильтр собран на двух соединенных цепочкой ФНЧ RC-типа и неинвертирующим усилителе, охваченном цепью положительной обратной связи (ПОС), через емкость C. Коэффициент усиления этого усилителя

                       R²  а частота среза  f_c =     1    

K =1+

                     ^R₁                                                            2πRC

Рис. 6.8. Активный ФНЧ: а) схема, б) цепь ПОС

           Кроме u_вх на неинвертирующий вход DA1 поступает сигнал

ПОС, величину которого можно найти из рис. 6.8б. Цепь ПОС представляет собой полосовой частотный фильтр у которого на частоте f_c , K₀ = , а это значит что коэффициент усиления усилителя не должен превышать трех, т.е. K < 3, иначе будет иметь место режим самовозбуждения и начнется генерация на частоте f_c . 

Для получения плоской АЧХ в полосе пропускания, рекомендуется выбирать K =1,5÷1,7. 

1

             Расчет активного ФНЧ сводится к определению τ = RC =                                               ,

2πf_c

τ R² = K −1, выбору R₁ выбору С и определению R = , определению

                                                                                  C                             R₁

и определению R₂ .

На рис. 6.9а приведены АЧХ пассивного (кривая 1) и активного (кривая 2) ФНЧ.

              

1.3.2. Активный фильтр верхних частот на основе операционного усилителя.

Схема активного ФВЧ приведена на рис. 6.10а. Фильтр отличается от предыдущего заменой местами R и C.

                                                                                    1                    R²

f_c =, K =1+

                                                                             2πRC                 ^R₁

У этого фильтра на f_c K_ф =1 3 и следовательно при K ≥3 он будет самовозбуждаться.

Схема цепи ПОС для этого фильтра приведена на рис. 6.10б. Для этого типа фильтра также для получения плоской вершины АЧХ рекомендуется принимать K =1,5÷1,7.

Рис. 6.10. Схема активного ФВЧ (а) и схема цепи ПОС (б)

АЧХ пассивного (кривая 1) и активного (кривая 2 ) ФВЧ приведена на рис. 6.9б.

1.3.3. Полосовой активный частотный фильтр на основе операционного усилителя.

Схема этого типа фильтра приведена на рис. 6.11а

Рис. 6.11. Активный ПЧФ:

а) схема; б) АЧХ для разных значений K = ^R₂ ^R₁

Устройство содержит пассивный ПЧФ (по схеме упрощенного моста Вина) и инвертирующий усилитель на основе микросхемы ОУ. Пассивный ПЧФ включен в цепь ПОС, а сигнал от генератора подается на инвертирующий вход DA1. так как у пассивного ПЧФ K₀ =13 на частоте f_c =1(2πRC), то коэффициент передачи цепи ПОС γ₀ =1 3 и следовательно коэффициент усиления усилителя K = − R₂ R₁ не должен превышать 3. В противном случае фильтр превратится в генератор.