Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 66
Текст из файла (страница 66)
заклкжаюгц»йся в том, что при подк. ченни к се входу источников сигнала с различным выходным протнвленнел< в со>>тве)стяни с выражением (8.34) будет нз ияться полоса прон)сьаиия фпл<лра. К тому же я ией невозмол регул»ровать коэффициент пер<дачи в полосе пропускания. 2) недостаток можно устранить, если »встроить активный фнл низких частот на основе иениверхир)в<него усилителя, а в и ООС параллельно конденсатору подключить резистор. ззб Рис 3ЗЭ Тииоваи схема фнаарра ни»них иосрот (а) и ее ЛАЧХ (6) Схема такого фильтра приведена иа рис.
8.30, и. Передаточиаи функция четырехполюсннка, включенного в цепь ООС усилителя, имеет вид (х,(Р)- К,(У„Р+ )У(т„,Р+ (), «де Кч "= )Риса~Явор + )Рос): Т о" )»осСос: ~"ча = Лос)',арСос/диор + )~ос) Тогда передаточная функция усилителя с (р',(р) в цепи ООС равна Гчор+ ( (Р ор оос (Р)— )+Кч Кое (Тчо+КчКоо Тч!) Р!(1+КчКоо)+ ( -% оос(У'чар+ )М(У'оосоР+ )) (8.64) Из полученных выражений видно, что полоса пропускания таи ~о фильтра лежит в диапазоне частот 0<ар<!/уоос1 и зависит и голько от параметров элементов четырехполюсника, но н от ги водного коэффициента усиления ОУ.
Коэффициент передачи в чи»пазоне полосы пропусканнн равен Киоос=Кио(()+КчКио). Гзк как для построения фильтра был использован неннверти)1мций усилитель, со согласно выражению (8.3) минимальный ы коэффициент передачи должен быть равен единице, который и«~ио получить, если в передаточной функции (8.54) выполнить вам~ну Р )са, т. е. перейтп в частотную область, н частоту са устреми~и н бесконечность. Таким образом, используя передаточную 4~нацию (8.$4), можно легко рассчитать полосу пропускання я и(ирициент передачи рассматриваемого фильтра.
Ори необходимости получение фильтра с ббльшим наклоном )) 1'(ч после частоты среза можно использовать либо последова- зэт тельное вкл!Очеине несколькнх аналогичных фнльтров, либо цепи ООС использовать более сложный четырехпол!осннк. П!амер 8.2!. Рассчитать актнаный фильтр низкой частоты по схеме на рнс 8.30,а со следукицимн параметрами; полоса пропускавня 0...20 Гц; ио»ф фнциент передачи а диапазоне рабочих частот !00. Рееве нне. ! Верхняя круговая частота полосы пропускания раина ы, 2п/,=2и 20= 40я 2. Для реализации схемы нспользуеы операционный усилитель К!40УД с параиетрамн Аие 5.!О", Тои-1,59 10-е с 3.
Определим требуемый ноьффициеит передачи цепи ООС по постоянном току Кр оос Кис/(1+ Ки»К ) или К» (Кис — лиоос)/(Киоосдие)=(5' !Ое — 100)/(5 10»'100) 998 10 4. Найдем требуемую постоянную времени Тоссе Пыр 1/40п 7,96 1О е с. 5. Согласно передаточной функции (8.54) для аыбранной схемы нигрь Т»,>Т»е и КиеК 499ъ!. Тогда с достаточной точностью можно полагать, чт ° Тоосе Т»1-1/осСоо Лопустнм й»рр 1 кОм, Тогда Кос Киоос/гр»р 100 кОи Сос=Тсост/лис=7.96 !О е/(100 !Ое)=796 !О еФ 796 нФ. Пранмаем Сос 75,0 нФ. 8.!72 ФИЛЬТРЫ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ Простейшим фильтром высокнх частот является рассмотрен ная ранее схема днфференцнатора (см.
рнс. 8Л6). После часто ты а=соси= (кое+!)Яс коэффициент передачи фильтра должен оставаться постоянным н равным Кио. Однако на практике нз.зн ограничения собственной полосы пропускання ОУ такое решеннф не реализуемо. К тому же для данной схемы справедливы те жф замечания, которые были сделаны для ннтегратора. Позтому ак тканые фнльтры высоких частот обычно строят на основе неннвер. тпру!ощего усилителя.
Простейшая схема такого устройства прн велена на рнс. 8,31,а. Передаточная функция данного активного фильтра имеет вид (Р'ои оос (р) = Кис/(1+ (Тгч (р) Кио) = где Тю = ЯосзСос' T~з ' (!4ос! + )»зосз) Сос; Кооос=Кие/(1+Кое ) Обшнй внд полученной передаточной функция аналогичен внду передаточной функцнн (8.84). Однако в атом случае постоянная 338 з тут„г (ут р) Рне. 831. Практнческая схема фильтра высокнх частот (в) н ее ЛАЧХ (о) 1емеии Тчт,'3Тоос.
Поэтому первой начинается асимптота с иацгиом +20 дБ)дек. Очевидно, что до частоты е 1)Т„а коэффициент передачи схем фактически рацеи единице. После этой частоты начинается ° нмптота с иаклоиом +20дБ)дек, которая заканчивается иа ча- гте е=))Тоос. Полоса пропускаиия данного фильтра лежит в пцпазоие 1)Тоос<е<11+ Кос)соса/(Ною+Коса)1)Тон, а коэффи° опт передачи в диапазоне полосы пропускаиия равен Коос ! +г(ос!Жосе В данном случае, если необходимо получить больший наклон , тотцой характеристики вие полосы пропускания фильтра, мож- использовать либо последовательное включение нескольких гцотипиых устройств, либо в пепи ООС использовать более сложые четырехполюсиики, Используя последовательное включение фильтров низкой н вы.
кой частот, в зависимости от взаимного расположеввя их полос , опускания можио получить либо полосовой, либо режекториые ,!льтры. Прнмер злй. Используя ОУ тнпа К(40У)(20, спроекткровать актввпый ыьтр высокой частоты с коэффициентом передачн Ко=50 н нижней частотой чосы кропускакня )„=500 Гц, Тот=159 10-'с. Режепне 1, Нижняя круговав частота колосы пропусканнв е, 2нй Зя.500 10-*и 2, Коэффвцнент передачв цепи ООС на высокой частоте Ьос = пост! (Кос~+Ясса) (Кис — Ке) ) (КиаКи) = = (3 10' — 50))(3.! О'50) - 19.96 10-'.
3, Для пенн ООС согласно (8.55) нмеем Т.1<Т.а, однако Ксее1 н можно чнтать Тоос Тч у(осхСо . Пркннмаеы нос 2,4 кОм, тогда Соя=))(посте~)' 1)(24 1(Р 1Оан) О!3мкф. 4, Определим сопротлвленне резнсгора косы Ки 1+!(осг)носа Ялн нос~= (Ки — Цяоса; Фю (50 — 1) 2,4 !17,6 кОм. 5.
ЛАЧХ пдеального фнльтра высокой частоты после и ы, доажна яметь постоянный козффнцнснт передачн до частоты м ез. Однако в реальной схеме вз-за вевдеалькостн ОУ, начнная с некоторой частоты ЛАЧХ будет яметь аснмптоту с наклоном — 20 дБ!дек. Поэтому, строго говоря, фнльтр на рнс. 8.31,а является не фнльтром высокой частоты, а паласовым фнльтром. В рассматриваемом случае 7.
Т< !(!+Хэтьос) 159 1О з)(1+10'!996Х Х10 з) 1,69 !О ' с; (ь 1!2пТь !Л,69 !О з-2п 10,0кГц. Таким образом, полоса проеускзнна спроектнрованного фнльтра лежне в днапаэоне от 500 Гц до 10 кГц. Схеыой полосового фнльтра является н рас. сыотренкая в 6 8.11 схема дпфференцнатора с ценямн коррекцнн (см рнс. 8лб„б), Прп выборе М,СчьС„м, в ЛАЧХ данной схемы появляется участок с нулевым наклоном. Продолжнтельность этого участка и определяет полосу пропускання полосового фнльтра. 8.18. УСИЛИТЕЛИ ИЕРЕ81ЕНИОГО ТОКА Использоваиие интегральных ОУ позволяет зиачительио упростить схемотехиику усилителей переменного тока. При этом возможиы два различных подхода к проектированию подобных устройств. Первый базируется иа описаииом в $ б,й способе построеиия миогокаскадиых усилителей переиеииого тока с )хС-цепяия связи. Его суть заключается в замеие транзистора иитеграль« иым ОУ (рис.
8.32). Ввиду его большого собственного усилеиия такая замена позволяет значительно уменьшить иеобходимое число каскадов, т. е. упростить устройство. В этом случае (как и в исходном траизисториом усилителе) иижияя граиица полосы пропускаиия определяется параметрами цепей связи. Жесткая стабилизация режима покоя требуется только в выходных каскадах усилителя, работающих с сигиалами. близкими к предельно допустимым. Такая стабилизация обеспечивается введением в ОУ цепей ООС по постоянному току.
Дополиительио иа эти цепи можно возложить и фуикции формироваиия требуемых частотных свойств всего усилителя. лат слг лзт г„с,„дел св,х Рпс. 8.32. Схема уснлвтеля переменного тока с ЮС-цепямн связн злт Лег лил сан Ряк 6.ЗЗ. Схема уснлнтеля нереиенного тока на осноае усилителя аостоянного тока Второй подход основан на использовании для усиления переменного напряжения усилителя постоянного тока (УПТ). В этом случае (как н в предыдущем) нижняя граница полосы пропусканкя может формироваться входными и выходнымя )тС-цепямн нязи.
В таком усилителе все каскады связаны по постоянному ~оку. Поэтому обеспечение стабильности режима покоя выходных ~ аскадов требует введения в усилитель общей цепи ООС по постоянному току (рис. 8,33). Если эту связь выполнить частотно-заннсимой, то оиа может формировать требуемый вид частотной тарактеристкки устройства в области как низких, так и высоких частот. Это позволяет отказаться от входных н выходных ЯС-ценой, что, как правило, положительно сказывается на свойствах тг нлителя. Например, если выходное сопротивление источника нходного сигнала усилителя носит индуктивный характер, наличие разделительного конденсатора С, может привести к появлению шачительных частотных искажений, обусловлеикых резонансными явлениями во входной цепи устройства. Использование на входе ОУ разделительного конденсатора предполагает обязательную постановку корректирующего резн«тора )таог (см.
рис. 8.33). Прн его отсутствии входные токи ОУ )„, н Л/,„заряжают разделительный конденсатор С,. Это иапрялгение воспринимается УПТ как цолезиый сигнал, что изменяет )нжим покоя выходного каскада, Последнее уменьшает предельно жгпустимую амплитуду выходного напряжения и увеличивает его искажения. В предельном случае усилитель может оказаться полностью неработоспособным.
Однако введение )т'„р уменьшает входное сопротивление и, сленовательно, коэффициент передачи входной цепи усилителя. Поегому при заданной амплитуде выходного напряжения необходимо повышать коэффициент усиления устройства, т. е. усложнять его схему. К тому же, как было показано в $8.10 и 8.!7, включение и цепь ООС частотно. зависимых цепей позволяет получить резуль- И! а иб„а иц„иб,, ир, б) Рнс. 3.34. Расчетная схема ум«антенн но настоянному току (а) н перенято«я характернстнка ОУ (б) тнрующне постоянные времени, которые существенно больше и кодных. Из сказанного следует, что второй способ построения является более предпочтительным, так как позволяет свести к минимуму необходимое количество плохо яоддающихся миниатюризации ре. активных элементов, а это прнводнт к сннженню массы н объема усилителя. Прн построении уснлнтелей переменного тока нет необходимо стн в нспользованни для питания ОУ двухполярного источника напряжения.
Обычно используется один источник пнтання с на. пряженнем, равным сумме напряжений двух нсточннков. Применительно к этому случаю рассмотрнм зависимость ста бнльностн режима покоя усилителя от изменения его параметров. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой усилителя н его передаточной характернстнкой, приведенными на рнс. 834,а,б. Ранее было показано, что напряжение, прнкладываемое между входами ОУ, передается на его выход с коэффициентом уснлс пня Кое. Тогда, предполагая, что входное сопротнвленне ОУ бесконечно, для схемы на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
