filtri2 (557473), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Аналогично преобразуются и другие элементы лестничной структуры 4мльтра-прототипа (ом. табл. 2.1). Таблица 2.1 Частотные преобразования элементои Ф(Ч в элементы ПФ Тем не менее влияние активных элементов, эх технологический разброс и нестабильность вынуждают применять в этой схеме кодстрсйку. Как правило, зтс регулируемые сврдечнкии катушек индУктивноетей. Схема в целом нв цозволяет точно реализовать раочетную частотную характеристику.
Другой путь реализации полссовых ((мльтров — создание так называемых йильтров сосредоточенной 'селекции (4СС). Это бмльтры высокого порядяа (выше третьего) лвотничной структуры, в схеме кото- 39 ыг мне отаве экие Рис. 2.4 После преобразования базовой лестничной схемы %Ч в схему ПФ и расчета но)уьированных элементов У', ь"', 8, с" остается произвести дено)дзирование с учетом центральной частоты Фильтра аъ, и сопротивления нагрузки Ри . — б "— с.
Юу / 44 ~ю Пример 2,2, Определить схему ФСС и рассчитать элементы полосового ймльтра с,4 = 1 мТЪ, ~,У' = 100 КГц, гР„= 1 кСМ нв базе НЧ 4ильтра-прототипа, рассмотренного в примере 2.1. Преобразование базовой лестничной структуры (рис. 2.4,а) приводит к схеме полосового $зльтра (рис. 2.4,б) элементы которой ресочитынаются по ФО1мулам табл. 2.1 с ~ = — ' = 10; У, = 15; .Ф,~ С =0,057; ~э = 0,075; С. =15,Э; г,'= 5!С =0,2.
Действитеиьные элементы принципзаиьной схемы ((СС определяются денормированием с учетом ые 2ж" Ю, А»= 10 ) .6, = 2,2 МГ; и Э б) = 10 пФ; ~~ = 15 мкГ; ~л = 2000 пФ;.бл = 0,7 мГ> бл = 25 пФ. д Ф с С Следует обратить внимание на одно существенное обстоятельство, выявившееся в результате расчета: номиналы ~л и ~л на два порядка отличаются от наминалов остальных элементови.
Это чрезвы- "Эаметим, что'это не частный результат, а общая закономерность, связанйая с умножением и делением на большой коэ ~кенты. При пересчете исходных элементов типа контуров тзкого э" кта не наблюдается. 40 чайно неудобно для практической реализации бжхьтра,тзк как технологический Оаэброс в единицы процентов параметров элементов с большими номнналзми перекрывает значения зналогичных параметров элементов с мзлыми нсминзлзми С учетом реельных дОпускОВ рвсчетные характеристики не могут бить надежно реализованы.
Эьжодом из этого затруднительного положения яэляетоя применение эквивалентных преобразований схемы с использованием автотрзнсФорматорного включения контуре (табл. 2.2). Таблица 2.2 Экзивзлентные преобразования контуре Выбирая коа%$ициент трансФормации и, можно получить желаемые изменения номиналов .ь и С . Так, в нашем примере, выбрев м = 10, получим увеличение инзуктивности С,э и уменьшение емкости бл в 100 раз (рио. 2.4,в). При проектировании 400 высокого порядка наряду с трзнс5орметсрннм' включением часто используют также и другие эквинелентныз нреобразования схем, известные нз теории цепей, в частности преобразонання Нортона [1 3 . Это позволяет получить более компактные схемы с ыеныппм числом элементов и удобными дия резлизации номпнзлзми. 2.3.
Основные нзп вления Оезлнзаь Жб -бмльт ов ч пределах от звуковых частот до сотен мегагерц Гл 4 -Фзльтры позволяют реализовать практически любые частотные характеристики. При этом доотигзется их выоокая стабильность благодаря малсй чувствительности парю етров Рыльтра к разбросу величин~ иь элементов.
Рместе с тем ЖС -Умиьтры имеют недостатки. так, в области низких частот значительно возрастают их масса и габариты, а для обеспечения помехоустойчивости в условиях воздействия электромагнитных полей приходится применять устаревшие конструкции — экранированные катушки, которые и определяют основные размеры и массу электрической части изделия. Уменьшение габаритов катушек не приводит к положительным результатам, так как добротность катушки индуктввности онкиается пропорционально квадрату ее линейных размеров.
Достижения полупроводниковой техники, особенно микроапектроники, обусловияи интенсивную разработку и широкое использование ЯяС -фильтров, которые в значительной степени лишены недостатков,К~С фильтров. Разними доотоинствамиЯ|УС-4ильтров являются хорошее оочетание технологии их изготовления с технологией изготовления микоосхем, возможность совмещения Чункций фильтрации и усиления, а также малые масоогабаритные характеристики, особенно по оравнению с ЯБС -|рнльтрамж, работаюшими на низких частотах.
Недостатки ЯЯС -фильтров проявляются с увеличением частоты рабочего диапазона. Это связано с тем, что реальные активные элементы обладают собственными частотнмзи зависимостями, которые приводят к смешению полюсов передаточной функции еильтра относительно требуемых координат. Чем выше добротность реализуемых полюсов, тем сильнее влияние активногй злемента и тем возможнее потеря устойчивости бмльтра (возникновение самовозбуждения), ЯЯС -фильтры, выполненные на опеоационнвх усилителях (ОУ) общего назначения, имеют гранину частного диапазона 10...20 кГц.
П)лиання специальную схемотехнику и иопользуя высококачественные ОУ, можно поднять верхнюю границу частотного диапазона на два порядка. Однако прн этом возникает вопрос о целесообразности такого построения 4ильтра. Дело в тсм, что на частотах сз|нпе 100 к)Ц катушка индуктивности становится достаточно удобным элементом схемы иЮ~С -~ильтры начинают конкурировать сЯяС -Пильтрами. Позтому основным доводом в пользу той или иной реализации яшльтра является совместимость с точки зрения технологии изготовления схем и интегральных микросхем.
По оценкам специалистов, изготовление мзкрозлектронных ЮС -Чшльтров для частот ниже 40...50 МТц при современном технологичеоком уровне вред ли возможно. Поэтому и в диапазоне сотен килогерц применение ~ЫС -|Тильтров следует считать оправданным и целесообразным. Для реализации высокочастотных активных фильтров перспективным оказалось использование имеющейся частотной характеристики ОУ, обеспечивающей требуемую характеоиетиву цепи, состоящей тоньке из резисторов и операционных усилителей. Фильтры, построенные по такому принципу, получили название активных я* -фильтров. Они позволяют поднять верхнюю границу рабочего диапазона до десятков мегагерц. В настоящее время сформировались следухв|ие подходы к поотроению безынпуктивннх ||мльтров: 1.
Имитация индуктивностей с помощью специальных активных цепей — конверторов оопротивления, например гираторов. Такие цепи представляют собой четырехполюсник, котор|й преобразует емкостное сопротивление на выходных зажимах в индуктивное сопротивление на входных. С помощью гираторов можно заменить в схемеьС -прототипа все индуктивности на активные злементы и пассивные Я и С зиементн.
2. Использование ОУ, охваченных частотно-завиоимыми обратными связями. Судествует большое многообразие структурных схем таких активы|от Емльтров. Однако провести четкую границу между отдельными их видами трудно. Общим для и|о| является то, что требуемая передаточная функция бильтра реализуется с использованием свойств ОУ без обрашения кУС -прототипам, 3.' Непосредственное аналоговое, моделирование дифреренциальпого уравнения, описываюшего оильтр, с помощью интеграторов и сумматоров, выполненных на ОУ.
Подробно указанные подходы раосмотоены ниже. 2.4. Гп|атооные схемы Па рис, ПГН поиведена схема гиратора — специального активного четырехпслюсника, обладающего чоезвычайно интересными свойствзья|, в частности способностью змнтиоовать индуктивнссти. Рассмотрим небогу схемы в предположении идеальности ОУ, входяшнх в схему |и~ ярО, 1~, - -б| ). Псе сопротивления 4' гира- тора одинаковы, за исключение|з внешнего сопротивления нагрузки 2„. Па |юсупке то|и|, такуть|е в разных ветвях, сбозчачены Рнс.
2.5 й~л 1- — ' у 4' х~Фл же~ ~г = (2.6) (2.7) (2.8) ж г Л ГРР х'л' лгл л ~лл ук лл~ (2.1О) (2.11) как равные ( Х. и 1' ), что является следствием идеальности ОУ. )(ействительно, из условия К„ял = О вытекает хну У~я х~й» г а'л =У~э = э~йл.
Следовательно, токи, текущие через Гл н Рт, одинаковы (2я ). Одинаковы н токи, текущие через Я'. и Гя (.Ул ). Из Условия Уу„л„— — О следует равенство токов, текущих через4 и д'л (Гл ), и токов, текущих через лл н ул (Ул ). Из того же условия следует, что токи в узлах У и б будут 4А. Г/-.л ~у„лл~,-т,. Остальные уравнения очевидны (исходя из падения напряжения наА,~ул, ул и~н ): Э'лл» ~~ил ~л- (2.9) Подстановка (2.6) и (2.7) в (2Л), а также (2.7) и (2.8) в (2.5) дает Хитроумная система обоатных связей обеспечивает основное свойство гиратора: входной ток определяется выходным напряжением, а выходной ток — входным напряжением. Иэ (2.9), (2.10) и (2.11) получим коэР4ициент передачи гира- тора и его входное сопротивление: Ул~л ~н ~л я' — — — =-я е— (2.12) ф э~ ~ б У му„~Р~ 6' (2.13) ~т ~е КоэКжциентб' я'л называется коэпйициентоы гиоации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
