L_12 (Конспекты лекций), страница 2

Из уравнеa1ний (12.3) и (12.4) получаем R2 =2π f c CиRR =− 2.1A0Используя логарифмическое представление, можно перейти от нижнихчастот к верхним. Частота среза остаётся, при этом, без изменения. Переходная характеристика фильтра верхних частот при ступенчатом входном сигнале имеет принципиально другой вид. Общее, что объединяет фильтры верх-них частот с фильтрами нижних частот это то, что процесс затухания колебаний тем продолжительнее, чем больше добротность полюсов.На рис.12.13 показан фильтр верхних частот. Его передаточная функцияимеет видA( jω ) = −R 2 R1.111+ω c R1C jωОпределяем элементы схемы фильтра верхних частот1;R1 =2πω a1CcR2 = − R1 A∞ .5. Особенности проектирования активных фильтров.Технические требования при проектировании активных фильтров определяют основные параметры амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик.

Кроме того, необходимо учитывать чувствительность этих характеристик к изменению (например, старению) параметров элементов схемыфильтра. При проектировании активных фильтров более высокого порядка,чем схемы на рис. 12.12 и 12.13, обычно считают число «n» чётным. Передаточную функцию T(s) представляют в виде произведения сомножителей,причём каждый сомножитель является передаточной функцией второго порядка:n 2T ( s ) = ∏ T i ( s ).i =1Фильтр порядка «n» строится как схема, которая содержит число каскадов в количестве n/2. Каждый из каскадов является фильтром второго порядка и соответствует определённому сомножителю T i (s). Если число «n» окажется нечётным, то в схему фильтра включают один каскад, который будетцепью первого порядка.6. Активные фильтры на переключаемых конденсаторах (ПК).Рассмотренные ранее активные фильтры работают в диапазоне не вышенескольких десятков килогерц. Пассивные элементы, которые используютсяв схемах фильтров на таких частотах, имеют большие номиналы, занимаютмного места на кристалле и, таким образом, сильно снижают степень интеграции интегральных микросхем.

Кроме того, точность номиналов пассивных элементов довольно низкая, что усложняет настройку фильтров в интегральном исполнении. В современных технологиях успешно используютсясхемы активных фильтров, выполненных на переключаемых конденсаторах,операционных усилителях и МОП-транзисторах.С2С1S2S1С1UвхUвыхРис.12.14.На рис. 12.14 дана схема интегратора на переключаемых конденсаторах(ПК). Ключи S 1 и S 2 выполнены на МОП-транзисторах.

Стрелки на ключахпоказывают, что ключи включаются поочерёдно: когда ключ S 1 замкнут, тоключ S 2 разомкнут. Ключи управляются генератором, который обеспечиваетдве неперекрывающиеся последовательности импульсов (рис 12.15).s1ts2Tc2TcTc2TctРис.12.15.ПериодповторенияимпульсовравенTc.Частотаимпульсов1f =,с Т с значительно выше частоты входного сигнала, поэтому входное на-пряжение в интервале T c можно считать постоянным. При подаче импульсана ключ S 1 конденсатор С 1 подключается к источнику входного сигнала.Конденсатор заряжается, получая заряд Qз = C1U .вхПри подаче импульса на ключ S 2 заряд передаётся от конденсатора С 1 вцепь второго ключа (к конденсатору С 2 ).

Выходное напряжение меняется навеличину∆uвыхС= − 1 u вх .С2∆Выходное напряжение изменяется пропорционально входному. Чемвыше частота переключения S 1 и S 2 , тем больший заряд будет передаватьсяв указанную цепь и тем больше будет среднее значение тока инвертирующего интегратораiсрq==TcC1u вх.TcТаким образом, переключаемый конденсатор на входе представляет изсебя резистор с регулируемым сопротивлением ─ R эRэ =U вх Tc=.iC1срПостоянная времени интегратораCτ = R э C1 = T c 1 .C2Следовательно, постоянная времени интегратора определяется отношением емкостей и периодом повторения импульсов.

Современные интегральные технологии позволяют с высокой точностью выдерживать это отношениепри емкостях не выше 1 пФ.7. Теоретическое обобщение по теме.У ПК-фильтров полная совместимость с КМОП-технологиями ─ в этомявное преимущество ПК-фильтров перед активными RC-фильтрами. ПКфильтры выполняют по МОП-технологии, поэтому их можно размещать наодном кристалле с другими устройствами, которые будут выполнять и аналоговую, и цифровую обработку сигналов.

Следовательно, появляется возможность интеграции целых систем на одном кристалле. Частота среза ПКфильтров перестраивается за счёт изменения частоты генераторов тактовыхимпульсов. Диапазон рабочих частот таких фильтров составляет от единицГц до сотен кГц..