Активные фильтры
Назначение, виды и технологические характеристики активных и пассивных фильтров в интегральной схемотехнике. Реализация активных фильтров первого, второго, третьего и высших порядков. Общие сведения о регулировках тембра на основе активных фильтров.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.06.2015 |
| Размер файла | 233,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Общие сведения об активных фильтрах
Как известно, для получения избирательных характеристик в обычной схемотехнике широко используются LС - фильтры. Однако в интегральной схемотехнике индуктивности трудно реализуемы.
Поэтому в интегральной схемотехнике широкое применение находят активные фильтры, представляющие собой пассивные RС - фильтры, включенные в цепи инвертирующих и неинвертирующих усилителей. Другими словами, активные фильтры - это усилители на основе ОУ в сочетании с пассивными RС - фильтрами. Активные фильтры (АФ) находят самое широкое применение в качестве УВЧ, УПЧ, регуляторов тембров и т.д. Избирательная АЧХ АФ реализуется благодаря применению RС - пассивных фильтров. Следовательно, для анализа АФ необходимо знать характеристики пассивных фильров.
2. Пассивные RС - фильтры
Различают фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых распологается в области нижних частот; фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигналы высоких частот; полосовые и заграждающие (режекторные фильтры). Рассмотрим схему ФНЧ, рис.1a.
Рис. 1. ФНЧ и его передаточная характеристика
Комплексный коэффициент передачи этого RC-фильтра определяется:
K(jщ)=Uвых/Uвх=1/(1+jщRC).
Передаточная характеристика ФНЧ имеет выражение:
;
где fc-частота среза, равная 1/2RC.
В соответствии с выражением (1) построим передаточную характеристику ФНЧ, рис.1,б.
При частотах
f<<fc f/fc<<1; K(f)=1 KдБ=0,
При частотах
f>>fc f/fc >>1; K(f)=fc/f.
Полоса пропускания фильтра определяется частотой среза. При дальнейшем увеличение частоты имеет место затухание сигнала, т.е. спад частотной характеристики 20 дБ/дек. Если ФНЧ имеет несколько звеньев, то спад АЧХ равен n 20 дБ/дек.
Рассмотрим принципиальную схему ФВЧ, рис. 2.
Рис. 2. ФВЧ и его передаточная характеристика
Передаточная характеристика ФВЧ определяется выражением
В области низких частот, где при
f<<fс fс/f<<1 K(щ)=щRC; K(f)=f/fc;
при f>>fc fc/f>>1 K(щ)=1; KдБ=0 дБ.
Для построения полосовых и заграждающих АФ широкое применение находит 2Т фильтр, рис. 3.
Рис. 3. 2Т-фильтр и его передаточная характеристика
2Т фильтр пропускает все частоты с коэффициентом передачи К=1, кроме квазирезонансной. На квазирезонансной частоте f0=1/2RC коэффициент передачи равен нулю.
3. Реализация активных фильтров
Активные фильтры бывают первого, второго, третьего и высших порядков. Порядок фильтра определяется числом RC звеньев.
Для получения АФ пассивный RС - фильтр включают в схему усилителя. АФНЧ первого порядка на ОУ легко реализуется по схеме рис.4,а, в которой использовано неинвертирующее включение.
Рис. 4. Активный фильтр НЧ первого порядка с RС фильтром:
а - в цепи межкаскадной связи; б - в цепи ООС
АЧХ АФ определяется выражением
, (2)
где ; .
Если RC-фильтр включается в цепь ООС, то для получения фильтра нижних частот в цепи обратной связи необходимо использовать ФВЧ, так как при включении пассивного фильтра в цепь ООС происходит преобразование ФНЧ в ФВЧ и обратно. АФНЧ первого порядка с инвертирующим усилителем приведен на рис. 4,б. K(щ) определяется выражением (2),
где ; .
АЧХ активного фильтра низкой частоты приведена на рис.5. АЧХ разомкнутого ОУ приведена штриховой линией.
Рис. 5. АЧХ активного фильтра НЧ
4. Активные фильтры высокого порядка
Для увеличения крутизны АЧХ т.е. избирательности применяют АФ высокого порядка. В целях обеспечения устойчивой работы в одном ОУ включается не более трех звеньев пассивных RC - фильтров. Поэтому АФ высокого порядка строят на нескольких ОУ, соединив последовательно АФ третьего и второго порядков. В этом случае K(f) перемножаются, и получается общая АЧХ. От перестановки каскадов АФ общая АЧХ не меняется. В качестве примера приведем схему фильтра пятого порядка, рис.6.
Рис. 6. Активный фильтр НЧ пятого порядка
5. Полосовые и заграждающие АФ
Полосовые фильтры могут быть построены с использованием двухзвенного RC-фильтра ФНЧ и ФВЧ, рис.7.
Рис. 7. Полосовой АФ второго порядка и его АЧХ
Рассмотрим аппроксимированную АЧХ
; ,
обозначив через
1=R1C1 и 2=R2C2
,
Из этого выражения можно найти частоты нулей. При щ1/1
; ; при щ21/2 щ2 =1/R1C2.
Частоты среза определяются
;
Для реализации полосовых АФ широкое применение находят двойные Т-фильтры, т.е. 2Т-фильтры, рис.8.
В этой схеме 2Т-фильтр включен в цепь ООС. Следовательно при 100% ООС на всех частотах кроме f0 , Uвых полностью поступает на инвертирующий ход. В следствие чего это устройство работает как повторитель напряжения (К=1; КдБ=0). Так цепь ООС преобразовывает заграждающий фильтр в полосовой.
На квазирезонансной частоте f0 =1/(1/2RC) отсутствует ООС по цепи 2Т-фильтра ООС возникает через делитель R1R2. Отношением этих резисторов определяется К0. В результате имеем резонансную характеристику, приведенную на рис.12.8.
Рис. 8. Полосовой АФ с 2Т - фильтром в цепи ООС и его АЧХ
Для построения заграждающего (режекторного) АФ 2Т-фильтр включают в цепь межкаскадной связи, рис.9.
Рис. 9. Режекторный активный фильтр и его АЧХ
В обеих схемах эквивалентная добротность АФ будет определяться выбором величины Ко=1+R2/R1. Квазирезонансная частота определяется элементами 2Т-фильтра (рис.9).
активный фильтр схемотехника
6. Общие сведения о регулировках тембра
Для высококачественного воспроизведения различных передач или записей необходимо регулировать частотную характеристику УНЧ, т.е. подстроить АЧХ усилителя под частотный спектр прослушиваемого сигнала. Это осуществляют при помощи регулятора тембра, представляющего собой активный фильтр на основе ОУ.
Заметное на слух изменение тембра происходит, если частотная характеристика K(f) изменяется не менее чем в 2 раза, т.е. на 6 дБ. Для изменения тембра звучания в широких пределах регуляторы тембра должны обеспечивать изменение усиления не менее чем на ±20 дБ. В современной высококачественной аппаратуре применяются довольно сложные устройства регуляторов тембра с использованием активных фильтров.
7. Принцип регулировки тембра на основе АФ
Для пояснения принципа регулировки тембра рассмотрим различные варианты включения RC - фильтров, рис.10, и изменения АЧХ при реализации этих вариантов, рис.11.
Рис. 10. Варианты реализации регулировки тембра
Вариант а - усилитель с равномерной АЧХ, К0=-R2/R1.
Вариант б - усилитель с подъемом АЧХ на верхних частотах. С увеличением частоты сопротивление С1 уменьшается, следовательно, увеличивается
К ()=-R2/Z1; Z1=R1/(1+jщC1R1). Z1K().
Вариант в - усилитель с завалом АЧХ на верхних частотах. С увеличением частоты за счет уменьшения сопротивления С1 уменьшается Z2, вследствие чего возникает спад АЧХ на верхних частотах
К()=-Z2/R1; Z2=R2/(1+ jщR2C1). Z2K().
Вариант г - усилитель с завалом АЧХ на нижних частотах. При уменьшение частоты увеличивается комплексное сопротивление Z1=R1+1/ jщC1, вследствие чего уменьшается
K()=-R2/Z1. Z1K().
Вариант д - усилитель с подъемом АЧХ на низких частотах. С уменьшением частоты комплексное сопротивление
Z2=R2+1/jщC
возрастает, следовательно, увеличивается
K()=-Z2/R1. Z2K().
Изменение АЧХ при различных вариантах включения RC-фильтров рассмотрено на рис.11.
Рис. 11. Изменение АЧХ при различных вариантах включения RC-фильтров
8. Регулятор тембра на основе АФ
Объединив все пять вариантов включения RC-фильтров в одно устройство, получим универсальный широкораспространенный регулятор тембра, рис.12.
Рис. 12. Универсальный регулятор тембра
R2 - регулятор тембра на нижних частотах, a R5 - на верхних частотах. В среднем положении движков R2 и R5 влиянием емкостей можно пренебречь, следовательно реализуется вариант а.
В крайнем левом положении R2 замыкается С2 и цепь отрицательной обратной связи определяется элементами R1, C4 и R7:
Z2=R7+1/jщC4, K()=-Z2/R1.
С уменьшением щ увеличивается Z2, вследствие чего происходит подъем АЧХ K() на низких частотах. Таким образом, реализуется вариант д.
В положении движка R2 в крайнем правом замыкается C4 и цепь ООС определяется элементами R 1, C2 и R7 реализуется вариант г, где
Z1=R1+1/ jщC2; K()=-R7/Z1.
Следовательно, с уменьшением частоты Z1 возрастает, следовательно, уменьшается К().
В крайнем левом положении движка R5 К() в основном определяется С3: с увеличением частоты емкостное сопротивление Хс3 уменьшается, следовательно, K() увеличивается. В этом положении R5 реализуется вариант б.
В крайнем правом положении R5 К() определяется в основном C5.
С увеличением частоты уменьшается емкостное сопротивление С5, вследствие чего уменьшается K(). Таким образом, реализуется вариант в.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Изучение схемотехники активных фильтров. Исследование влияния динамических параметров операционных усилителей на их частотные характеристики. Анализ электрических схем построения активных фильтров первого и второго порядка на операционных усилителях.
лабораторная работа [372,0 K], добавлен 12.11.2014Понятие и классификация фильтров, их разновидности по типу частотных характеристик, этапы их проектирования. Расчет и реализация пассивных LC-фильтров. Преобразование ФНЧ в ФВЧ. Исследование влияния на АЧХ и ФЧХ при изменении сопротивления нагрузки.
курсовая работа [777,3 K], добавлен 22.12.2013Общие амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) различных типов фильтров. Построение схемы фильтра верхних и нижних частот: активные и пассивные фильтры первого и второго порядка. Принципы действия, функции и применение полосовых и режекторных фильтров.
реферат [310,8 K], добавлен 18.12.2011Моделирование пассивных фильтров низкой частоты: однозвенных и двухзвенных. Пассивные и активные высокочастотные фильтры. Параметры элементов трехконтурного режекторного фильтра. Описание полосового фильтра активного типа. Электрическая схема фильтра.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 29.11.2010Особенности синтеза фильтров радиотехнической аппаратуры. Понятие, назначение, применение, типы и принципы проектирования активных фильтров. Анализ проблемы аппроксимации активных фильтров. Общая характеристика и схема фильтра низких частот Баттерворта.
курсовая работа [197,4 K], добавлен 30.11.2010Сущность и принцип работы сглаживающих фильтров. Классификация и виды. Величины, которые характеризуют качество фильтра. Расчет коэффициента сглаживания. Проектирование активных и пассивных сглаживающих фильтров: достоинства, недостатки, применение.
реферат [358,8 K], добавлен 10.02.2009Определение и классификация частотных фильтров. Область применения, преимущества и передаточная функция активных фильтров верхних частот. Методы каскадной и непосредственной реализации функции цепи, резонаторное использование операционных усилителей.
курсовая работа [69,9 K], добавлен 27.08.2010Сущность принципа работы, исследование амплитудных, частотных характеристик и параметров активных фильтров нижних и верхних частот, полосно-пропускающих и полосно-задерживающих фильтров на интегральном операционном усилителе, их электрические схемы.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 10.05.2013Анализ свойств R-фильтров второго порядка. Особенность схемотехники звеньев R-фильтров нижних частот. Характеристика синтеза структур R-звеньев с дополнительными частотнозависимыми цепями. Синтез фильтра третьего порядка с дополнительными RC-цепями.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 05.03.2011Роль активных фильтров в современных радиотехнических системах; рассмотрение процесса их проектирования. Вычисление технических характеристик и определение передаточной функции прототипа аналогового фильтра. Правила выбора схемной реализации конструкции.
курсовая работа [303,0 K], добавлен 11.12.2013
