Материал: LS-Sb87083

Отсюда найдем квадрат АЧХ и ФЧХ фильтра:

Выходное напряжение максимально при RC 1, следовательно, резонансная частота c 1 RC . Фазовый сдвиг на резонансной частоте равен

нулю, коэффициент усиления равен 13.

2.4. Пассивный полосно-заграждающий фильтр

Схему полосно-заграждающего фильтра (ФПЗ) получим из схемы полосового фильтра, дополнив её несколькими сопротивлениями. Данная схема изображена на рис. 2.4 и носит название мост Вина–Робинсона.

R1+R1

Омический делитель напряжения обеспечивает частотно-независимое напряжение, равное Uвх3 , и выходное напряжение, равное нулю на резонансной частоте. Выходное напряжение определяется выражением

11

Реализация полосно-заграждающего фильтра также возможна по схеме двойного Т-образного фильтра (рис. 2.5).

В отличие от схемы моста Вина–Робинсона выходное напряжение снимается относительно общей точки. Сигналы высоких частот полностью передаются через два конденсатора, а сигналы низких частот – через резисторы.

В связи с тем, что через конденсатор не может протекать постоянный ток, среднее значение выходного напряжения равно нулю. Следовательно, постоянная составляющая входного напряжения не передаётся. На этом основано применение пассивных RC-фильтров в качестве элемента RC-связи в составе активных фильтров.

Большинство схем пассивных RC-фильтров, их передаточные функции и ЛАЧХ приведены в прил. А.

3. АКТИВНЫЕ RC-ФИЛЬТРЫ 3.1. Операционный усилитель

Ранее операционные усилители использовались в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения различных математических операций. Отсюда и произошло их название. По принципу действия операционный усилитель сходен с обычным усилителем. Он также предназначен для усиления напряжения или мощности выходного сигнала. Однако если свойства и параметры обычного усилителя полностью определены его схемой, свойства и параметры ОУ определяются преимущественно параметрами цепи обратной связи. ОУ выполняют по схеме усилителей постоянного тока с нулевыми значениями входного напряжения смещения нуля и выходного напряжения.

12

Они характеризуются также большим коэффициентом усиления, высоким входным и низким выходным сопротивлениями.

В настоящее время ОУ выполняются, как правило, в виде монолитных интегральных микросхем и по своим размерам и цене практически не отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных радиотехнических схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ вытесняют отдельные транзисторы как элементы схем во многих областях схемотехники.

Для определения типа ОУ для конкретного случая применения достаточно знания их основных характеристик и внутренней структуры ОУ. Далее будут кратко рассмотрены основные параметры ОУ и приведены основные принципы построения схем на базе ОУ с использованием внешних обратных связей.

3.1.1. Параметры ОУ

Рассмотрим эквивалентную схему ОУ для низких частот (рис. 3.1). Входной каскад ОУ выполнен в виде дифференциального усилителя, по-

этому ОУ имеет два входа. Все напряжения отсчитываются относительно общего провода – «земли». Разность напряжений на входе называют диффе-

ренциальным входным сигналом, а их полусумму – синфазным входным сигналом.

Для обеспечения работы ОУ с положительными и отрицательными входными сигналами следует использовать двуполярное питающее напряжение.

В действительности, не существует идеальных ОУ и для оценки их качества, существует ряд технических характеристик усилителей. Рассмотрим основные из них.

Дифференциальный коэффициент усиления АОУ

AОУ Uвых Uвх Uвых U U .

Этот параметр имеет конечную величину, которая лежит в пределах

103…106.

Напряжение смещения Uсм – дифференциальное входное напряжение, при котором выходное напряжение равно нулю. Максимальное по модулю

13

Входное сопротивление для синфазного сигнала Zсф – отношение при-

ращения синфазного сигнала к приращению среднего тока ОУ. Значение этого параметра ОУ обычно составляет 10…100 Zвх.

Коэффициент ослабления синфазного сигнала Мсф – отношение коэф-

фициента усиления ОУ к коэффициенту передачи синфазного сигнала. На

14

практике для определения коэффициента ослабления синфазного сигнала часто используют логарифмическую меру M сф' 20lg M сф . Значение этого

параметра ОУ обычно составляет 10…100 дБ.

Выходное сопротивление ОУ Zвых – сопротивление выхода ОУ. Значение этого параметра ОУ обычно составляет 10…1000 Ом.

3.1.2. Обратная связь

Рассмотрим принцип введения обратной связи для ОУ (рис. 3.2).

На схеме показано, что часть выходного напряжения возвращается через цепь обратной связи на вход ОУ. Если напряжение обратной связи вычитается из входного напряжения, обратная связь называется отрицательной, если же оно суммируется с входным напряжением – положительной.

Uвых AОУ Uвх Uвых . Отсюда можно найти коэффициент усиления K

охваченного обратной связью усилителя составит K 1 , т. е. данная вели-

чина определяется только обратной связью и не зависит от параметров самого усилителя.

Динамические свойства ОУ определяются, как правило, частотой единичного усиления ОУ без обратной связи, равной произведению коэффициента усиления A на ширину полосы для охваченного обратной связью усилителя. Значение частоты единичного усиления обычно лежит в диапазоне от сотен килогерц до десятков мегагерц.

3.1.3. Неинвертирующий усилитель

Если в качестве цепи обратной связи использовать омический делитель напряжения и производить операцию вычитания напряжений с помощью

15