Гусев - Электроника (944138), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Представляет опасность и значительное усиление, свойственное цепи с ОУ при данной схеме включения на достаточно высоких частотах. Это обусловлено тем, что высокочастотные составляющие спектра собственного шума ОУ после значительного усиления накладываются на полезный продифференцированный сигнал и искажают его. Поэ|ому на практике применяют модифицированную дифференцирующую схему (рис. 6.21,6), которая дифференцирус1 сигналы до частоты ез, =! ~'(Я,С,), выполняет функции усилителя в диапазоне частот от ы, = 1 /ф, С,) до езз =! 1(ЛзС,) и является интегратором на частотах выше ш =1~'(А,Г,! (рис. 6.21,в). Для нормальной работы дифференцирующсй цепи парамегры элементов необходимо выбирать так, чтобы спад усиления ОУ начинался после частоты о~э=!!(1г,Сз)(со„, Это позволяс1 устранить влияние собственной полосы пронускания ОУ па участке частот, где осуществляется интегрирование.
Таким образом, и при применении ОУ точное днфферел— Чирпвиние витала зитруднено. Реальное дифференцируюше. взо Рис б 2-"Ь дифференнирунннсс усвроиство с ~ифференииаавным ваодом- (а) и сниисшьл уровнем шумов (а] устройство представляе ~ собой пропорциональное интегрируюше-дифференцируюшее звено. При необходимости обеспечить дифференциальный вход можно использовать устройство рис. 6.22,а, которое аналогично рассмотренному ранее. У не~ о и„„„= Я,Се) (и„„в — и„„,) !4)Г, Для снижения уровня высокочастотных пуумов иногда применяют дифференцируюшее устройство (рис. б.22,о).
В нем используется интегратор. выполненный на ОУ 4)А!. Его сигнал вычитается из входного сигнала в ОУ 2)А2. При резких изменениях Г'„„на выходе ОУ 2)А2 будет сигнал, пропорциональный его приращению. В статическом режиме при Г„=сопвг выходное напряжение ОУ 42А! Гви„, = — Гв, н на выходе ОУ 1)А2 будет нулевой сигнал, Так как у интегратора шумы уменьшаются при увеличении частоты, то дифференцируюшее устройство имеет малый уровеш и~умов. Нс'грудгуо показа.гь, что в вахой схеме Фь„ выходное напряжение в рабочей полосе часгот и,„„=Л,Г--В. Рассмотренные усгройства непригодны для дифференцирования медленно меняюшихся си~палов.
При создании дифференциаторов сигналов низких частот обычно используют один из следующих способов: а) интегрируют сигнал в течение одинаковых конечных промежутков времени и. вычитая друг из друга полученные значения, находят его прирапеппуе; б) с помощью схем выборки-хранения запоминают мгновенные значения сигнала и, вычитая их, паходяг приращения, харакгеризующие производную. 5 6,5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ Усили гели.
нмеюшие избирательные свойства. условно подразделяют на фильтры низких и высоких частот, а также полосовыс и режек горные (заграждаюгцие). Фиды ры пизкцк и высокит частот соотвеуственно пропускают только низкие 4з! или только высокие час>оты, пологовые и реэ<гскторнь« обеспечивают пропускание или непропускание сигналов определенных частот. Для получения у усилителей избирательных свойств в области низких частот (ниже 20 кГВ) преимущественно применяют ЯС-цепи интегрирующего или дифференцирующего типа.
Они включаются на входе или выходе усилителя и охватывают его частотно-зависимой обратной связью. В области высоких частот в качестве фильтров низких частот широко применяют высокочастотные дроссели, а полосовые и режекторные фильтры выполняют на основе использования катушек индуктивности (1С-филыры). В отдельных случаях применяют электр<>л<еха><ические фильтры, которые относятся к числу полосовых и имеют резонансную часто>у, равную частоте собственных механических колебаний системы.
Добротность таких фильтров обычно высокая (сотни — тысячи единиц), но перестройка частоты затруднена. Поеному злектромеханические фильтры в основном применяют в технике связи или радиове>цании, где имеются стандартные определенные рабочие частоты. Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители, содержащие ЛС-цени. включенные так, что у усилителя появляются избирательные свойства. При их применении удается обойтись без громоздких, дорогостоящих и нетехнологичных катушек индуктивности и создать низкочастотные фильтры в микроэлектронном исполнении, в которых основные па раме.гры могут бы ть изменены с помо>цью навесных резисторов и конденсаторов.
Простейшие фильтры высоких и низких частот показаны на рис. 6.23,а, в. В них конденсатор, определяющий частотную характеристику, включен в цепь ОС. Для фильтра высоких частот, который часто используется в качестве дифференцирующего устройства, коэффициент передачи я> л»ь>г', ><< К( > а>) =— Я, Ч <)(зоп,) Я, > —:>о<,Л, (6.116) Переходя к операторной записи, получим передаточну>о функцию а ( р ) = — )х р т, >' ( <<', (1 + )> т, Я, (6.117) где т =С,Я<. Л<хЧХ данного фильтра приведена на рис. 6.23,6. Частоту сопряжения асимпто>. <л> находят из условия а><т> =1, откуда Г> = аз> /(2к) = 1 <'(2кЯ< С,).
Для фильтра низких частот (рис. 6.23, в ) аналогично рассмотренному имеем яг и,дд ьи и'г г) Рис. 6.23. Схемы фильтров: а- висоои;с, В е о ЛХЧХ, «итти ввы с — ь ЛВЧХ или в операторном виде й(р)= — гх„'Я,1! +ртЯ (6.119) где тв=г,тхг. ЛАЧХ фильтра низких частот показана на рис. 6.23.г, Так как на частоте сопряжения асимптоз выполняется условие озгтг=1„го частота сопряжения /' =озл,!12к)=1!(2кС гх ).
Передаточные функции приведенных простейших фйльтров представляют собой уравнения первого порядка. поьп ому и фильтры называются фильтрами п е р в о г о и о р я д к а. Коэффициенг усиления у них уменьшается с частотой на 20 дБ lдек. При объединении фильтров низких и высоких часгот (рис.
6.23, а, и) получается полосовой филь|р 1рис. 6.24, а)„имеющий ЛАЧХ 1рис. 6.24,5). Простейшие активные фильтры имеют малую крутизну спа„ча ЛАЧХ, что свидетельствует о плохих избирательских свойствах. Для улучшения избирательности нужно повышать порядок передаточных функций за счет введения дополнительных гхс'- цепей или послеловательпого включения идентичных активных фильтров. На практике наиболее часто используют ОУ с цепями ОС, работа которых описывается уравнениями второго порядка. При необходимости повыси1ь избирательность системы отдельные фильтры второго порядка включаю1 послсдователььо.
15 Звхвт № 1066 л,дд Рис. 6.24. Схсмв простойная о вктивиого полосового фильтря (а) и ого ЛЛЧХ (й) Активные фильтры низких, высоких частот и полосовой фильтр второго порядка приведены на рис, 6.25,и, б, д. У них при соответствующем подборе номиналов резисторов и конденсаторов наклон асимптот 40 дБ!дек. Причем, как видно из рис. 6.25,и, б, переход от фильтра низких к фильтру высоких частот осуществляется заменой резисторов на конденсаторы, и наоборот. В полосовом фильтре имеются элементы филыров низких и высоких частот. Передаточные функции этих фильтров соответственно равны; 1 к(р)- —— я, Лздг — СгР и- 1Я з -Ь й и) Р и- из из С з Сг Р дз из (6.120) тт( ) з гСгСгр ~Л-Л,1С, ЬсгЛ С)Р+К,кгС,СзР"-' хзд дд ы» ык Рис. 6.25. Фильтры второго порядки: ииз«и вс о, В висовив ив з, и .
ио. 434 л2яз г ! к я,чл, г,л, г,л,л, -' =' 1с,э-г,)»-~ ' -' 'с,с,р-' л, - я, ' ' я ! л, Для полосового фильтра рис, 6.25,в резонансная частота 16.! 22) еэ»яллг !6. 123) Для фильтров низких и высоких частот частоты, характеризукпцие «начало» среза или его окончание, равны ! г»о = „'л,г,с,с,' !6.! 24) 16. 125) Вид их частотной характеристики зависит от параметров компонентов. Она может быть монотонно убывающей или возрастающей или иметь немонотонный вид и подъемы вблизи частоты еэ„. Дос! аз очно часто полосовые фильтры вт оро! о порядка реализуют с помошью мостовых цепей. Наиболее распространены двойные Т-образные мос~ы, которые «не пропускают» сигнал на частоте резонанса !рис.
6.26, а) и мосты Вина. имеюшие максимальный коэффициент передачи на резонансной час! ото со„!рис. 6,26, б ). Мостовые цепи включены в цепи отрицательной и положит'ельной ОС. В случае двойного Т-образного моста глубина отрицательной ОС минимальна на частоте резонанса. Коэффициент усиления на этой частоте имеет максимальное значение.
Нри использовании моста Вина на частоте резонанса получается максимальная глубина положительной ОС и наибольшее усиление. При этом для сохранения устойчивости глубина отрицате.чьной ОС, созданной с помощью резисторов А,, Яз, должна быть больше положительной. Если коэффициенты положительной и отрицательной ОС близки, то данный активный фильтр может иметь эквивалентную добротность Д - 2000. Резонансную часготу двойного Т-образного моста при А=Аз=Аз=А„,2 и С=С,=Сз=2Сз и моста Вина при Аз = Ак = А и С, = Сз = С выбирают исходя из условия устойчивости 3>(А +А!)1А!, так как коэффициент передачи моста Вина на часготе сэ„равен 113, Для получения режекторно!о фильтра двойной Т-образный мост можно включить так, как показано на рис. 6.26,в, или мост Вина включигь в цепь отрицательной ОС.
а> Квч, дБ 40дБ/двч ! ~др где « нч дБ ) ! -фаИУдгв гр !дт Блч,дБ фддФЖг -фдМЩЛ тг гдт' кы вч ывюа вч "Выл ич г) лг) Если активный фильтр требуется перестраивать в широких пределах, то обычно используют мост Вина, у которой о резисторы тсз и А выполняют в виде сдвоенного переменного резисгора. С удешевлением и выпуском нескольких ОУ в одном корпусе начали широко применять несколько активных фильтров низких порядков, объединенных между собой в единую замкнутую систему.
Пример построения такого фильтра 436 Рис, 6Д6. Паласовые фильтры и с лаойным т-образным нос ым, б — с мозгом Выы. — рсысагорный фн. р; и о»сы. сло о аа ого фильтра Π— о ЛАЧХ при сн з нгнала с ВЧ юона, г ЛЛЧХ ри сиагиа си н .а с НЧ- хола, ис ЛЛЧХ ри сиагии сигна с НЧ-аы ола показан на рис. 6.26,г. В его состав входят сумматор на ОУ ,РА1 и два фильтра низких частот первого порядка на ОУ 12А2, 0АЗ. Сумматор и активные филглры включены последовательно. Если Л,С = Я С „то частота сопряжения Г,=) 1(г Л,С,)=)1(г Л,'С,~. Асимптоты имеют наклон 40 дБ1дек (рис. 6.26, д, е, ак). В подобном сложном фильтре удается одновременно реализовать фильтры низких и высоких частот, а также полосовой фильтр, который имеет сравнительно низкую чувствительность к отклонениям параметров отдельных компонентов, что бывае~ важно при практической реализации избирательных устройств. Структура, близкая к разобранной, использована в микросхеме типа 284СС2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
