Схемотехника 1

вызывает выброс на выходе фильтра. Используется в случаях, когда надо иметь одинаковые коэффициенты усиления К для всех частот в полосе пропускания;

2) Фильтр Чебышева. АЧХ фильтра (рисунок 11.6) имеет волнообразные зубцы в полосе пропускания и равномерна в полосе подавления.

Амплитуда зубцов (Um) может достигать 0.5; 1; 2; 3 дБ.

При увеличении порядка фильтра наклон переходного участка – круче, но неравномерна полоса пропускания, Um может быть больше 20дБ/декаду. Фильтр Чебышева используется в устройствах, где нужен очень крутой наклон характеристики.

3) Фильтр Бесселя. Это

11.2 Основные параметры фильтров

Фильтры характеризуются параметрами:

а) порядок фильтра – число его полюсов. Один полюс обусловлен одной RC-цепью. Например, фильтр нижних частот второго порядка – это двухполюсный фильтр, имеет наклон 40дБ/декаду или 12дБ/октаву.

Три последовательно соединенных фильтра второго порядка составляют один фильтр – шестого порядка. Наклон характеристики на переходном участке равен 36 дБ/октаву;

б) коэффициент затухания ά.

42

Определяет форму АЧХ на переходном участке, т.е. его тип и вид выброса характеристики в полосе пропускания и вблизи переходного участка. Т.о. одна и та же схема в зависимости от выбора значений компонентов может быть фильтром Баттерворта, Чебышева или Бесселя. Например, на рисунке 11.8

кривая 1 - = 1,732 – фильтр Бесселя; кривая 2 - = 1,414 – фильтр Баттерворта; кривая 3 - = 1,059 - фильтр Чебышева.

в) добротность Q связывает среднюю частоту f0 и ширину полосы пропускания Ппроп на уровне 3дБ

затухания.

12 Лекция 12. Схемы активных фильтров и генераторов сигналов Содержание лекции:

–электрические схемы активных фильтров;

–генераторы сигналов, условия самовозбуждения генератора;

–RC-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина.

Цели лекции:

- изучить электрические схемы активных фильтров; - изучить особенности работы генератора.

12.1 Электрические схемы активных фильтров.

12.1.1 Фильтр низкой частоты ФНЧ и фильтр высокой частоты ФВЧ

дифференцирующие цепи.

Имеют по две RC-цепи, следовательно, это фильтры второго порядка.

43

Ппроп. формируется за счет ОС, которая осуществляется за счет С1

в ФНЧ, R2 - в ФВЧ.

Коэффициент усиления К должен оставаться постоянным при изменении RA и RB .

б) Фильтр с параллельной ОС – полосовой фильтр при низкой добротности (Q=10) приведен на рисунке 12.3.

ОС осуществляется через параллельные R3 и

C1 . Часть характеристики, соответствующая ФНЧ, формируется R1 и C1 , а

ФВЧ – R3 , C2 .

R2 – служит для увеличения Rвх и дает

возможность задавать коэффициент усиления в полосе пропускания.

Также полосовой фильтр можно построить с использованием в цепи отрицательной обратной связи двойного Т-образного моста Вина (рисунок 12.4).

На рисунке 12.5 приведены АЧХ ОУ (контурной линией) и АЧХ моста Вина (пунктирной линией). Поскольку имеет место отрицательная обратная

44

связь, то при вычитании из АЧХ ОУ АЧХ моста Вина получается АЧХ полосового фильтра;

в) режекторный или заградительный фильтр. На рисунке 12.6,а приведена электрическая схема, а на рисунке 12.6,б - АЧХ заградительного фильтра. Мост Вина стоит на входе фильтра. ОУ усиливает только те частоты, которые пропускает фильтр.

12.2 Генераторы сигналов, условия самовозбуждения генератора

Генераторы электрических колебаний служат для преобразования энергии постоянного напряжения источника питания в энергию переменного напряжения заданной формы и частоты.

Они по форме сигнала подразделяются на генераторы: а) гармонических или синусоидальных колебаний; б) релаксационных колебаний.

Любой генератор – это усилитель, охваченный положительной обратной связью.

На рисунке 12.7 приведена структурная схема генератора. Усилитель с

Следовательно, при положительной обратной связи Kос .

45

Оно означает, что суммарный фазовый сдвиг усилителем и цепью обратной связи должен быть равен целому числу 2 (0,1,..).

Если условие баланса фаз выполняется для одной гармоники, то генерируются синусоидальные колебания, если же для широкого спектра частот – релаксационные колебания.

12.3 RC-генератор синусоидальных колебаний

Достоинствами RC-генератора синусоидальных колебаний – на ОУ являются простота, дешевизна, малые масса и габариты и недостатком – невысокая стабильность частоты генерации.

моста Вина, из которого видно, что на квазирезонансной частоте 0 фазовый сдвиг ос

равен нулю, а коэффициент передачи звена обратной связи OC равен 1/3.

На схеме (рисунок 12.8) сопротивление R включено для подстройки глубины отрицательной обратной связи, которая необходима для

выполнения баланса амплитуд. Встречно-параллельные диоды VD1 и VD2 включены для стабилизации амплитуды выходного сигнала. При слишком

46

больших Uвых диоды попеременно входят в состояние прямой проводимости и увеличивают амплитуду сигнала отрицательной обратной связи, уменьшая коэффициент усиления сигнала.

13 Лекция 13. Генераторы релаксационных колебаний Содержание лекции:

–мультивибратор;

–генератор линейно-изменяющегося напряжения.

Цели лекции:

–изучить схемы генераторов различной формы колебаний.

13.1 Автоколебательный мультивибратор

Основными свойствами интегральных операционных усилителей (ОУ), используемых при построении импульсных генераторов, является большое входное (сотни килоом) и малое (десятки омов) выходное сопротивление, большой (сотни тысяч) коэффициент усиления и наличие двух парафазных входов. Полярность выходного напряжения ОУ определяется большим из

напряжений U+вх и на неинвертирующем и инвертирующим входах соответственно.

Принцип построения генераторов прямоугольных импульсов на ОУ основан на получении замкнутой резисторной или резисторно-емкостной цепи положительной обратной связи (ПОС) при соединении выхода ОУ с его неинвертирующим входом. ПОС обеспечивает возникновение лавинообразных процессов.

Рассмотрим работу автоколебательного мультивибратора на ОУ, в котором ПОС обеспечивается делителем напряжения R1, R2 (рисунок 13.1,а) от выхода к неинвертирующему входу. Переключение мультивибратора из одного квазиустойчивого равновесия в другое происходит за счет

релаксационного изменения U вх.

Если в момент t=0 (рисунок 13.1,б) включить источник питания ОУ, начинает расти выходное напряжение Uвых, за счет делителя R1, R2 напряжение на неинвертирующем входе U+вх тоже возрастает, а это приводит к еще большему увеличению Uвых. В результате лавинообразного процесса выходное напряжение Uвых скачкообразно увеличивается до Е+, а входное U+вх до E+, где -= R2/(R1 +R2), Е – напряжение источника питания

интегрального операционного усилителя. U вх при этом измениться не успевает и равно нулю. Начинается заряд конденсатора С через R. Это приводит к увеличению U вх., стремящегося к Е+ с постоянной времени зар =RC . В момент t1, когда U вх = U+вх = E+ скачкообразно изменяется режим и Uвых изменяется до E , а U+вх = E . Процесс этот происходит лавинообразно.

47

Конденсатор С, соединенный положительной обкладкой к E , а отрицательной – к корпусу, стремится перезарядиться до E по цепи: +С, R,

выход ОУ, –С. В момент t2, когда U вх =– E , снова происходит опрокидывание.

Процессы эти периодически повторяются.

Длительность импульса равна

tu tu RC ln 11 .

Период повторения импульсов

T tu tu 2RC ln 11 .

Скважность Q=T/tu =2.

Для построения мультивибратора со скважностью Q 2 необходимо, чтобы цепь заряда отличалась от цепи разряда (рисунок 13.2). Заряд идет по

цепи: Uвых, R’, VD1, С, корпус, разряд – по

цепи: +С, VD2, R’’, корпус, –С. длительность положительного импульса

48