2.3.3. Элементы активных фильтров

АФ представляют собой устройства, которые создаются на основе резисторов, конденсаторов и операционных усилителей, т.е. пассивных и активных схемных элементов. Так как катушки индуктивности, особенно в диапазоне низких частот, имеют существенные габариты, а также плохо сочетаются с интегральной технологией изготовления схем, то фильтры с их использованием исключаются из рассмотрения. В качестве активных элементов удобно использовать усилители (ОУ). Условное обозначение ОУ приведено на рис. 2.5.

Реальный ОУ имеет 8 или 12 выводов, но для простоты показаны три его вывода: инвертирующий входной 1, неинвертирующий входной 2 и выходной 3. В идеальном случае ОУ обладает бесконечным входным и нулевым выходным сопротивлениями и бесконечным коэффициентом усиления. Вследствие такого допущения при исследовании устройств с применением ОУ можно считать, что входные точки его равны нулю.

Рис. 2.5. Операционный усилитель

Помимо входных и выходного выводов реальные ОУ имеют также выводы для подключения источников питания, цепей коррекции, балансировки нуля и т.д. Реальные схемы ОУ по своим характеристикам приближаются к идеальным лишь в ограниченном диапазоне частот, который зависит от типа ОУ, поэтому при построении активных фильтров следует учесть, что коэффициент усиления ОУ с разомкнутой обратной связью должен быть, по меньшей мере, в 50 раз больше коэффициента передачи фильтра. Для обеспечения хорошей рабочей характеристики необходимо также выбрать тип ОУ с достаточно высокой скоростью нарастания выходного напряжения, которая обычно лежит в диапазоне от 0,5 до сотен В/мкс. Этот параметр определяет предельный размах выходного напряжения на заданной частоте.

Что касается пассивных элементов – резисторов и конденсаторов, то для фильтров четвертого и более низких порядков достаточно применять резисторы с 5%-ними допусками (например, типа МЛТ-0,25-5%) и керамические конденсаторы (например, типа КМ-4). Для фильтров более высоких порядков следует применять более высококачественные типы резисторов (с разбросом параметров 2% и меньше) металлопленочного или проволочного типа. Из конденсаторов лучше использовать полистироловые, высококачественные керамические и слюдяные, а также подстраиваемые пассивные элементы [2].

2.3.4. Порядок расчета элементов схем фильтров

Расчет элементов схем фильтров производится в следующем порядке.

1. Определяем порядок фильтра и его структуру.

2. Из приложения 1 для ФНЧ Баттерворта или Чебышева выбираем нормированные значения коэффициентов B и C.

3. Рассчитываем коэффициенты усиления отдельных звеньев так, чтобы их произведение равнялось или было больше суммарного коэффициента усиления ФНЧ более высокого порядка (коэффициент усиления звена первого порядка, как правило, выбирают равным единице).

4. Задаем номинальное значение емкости C₂, близкое к величине мкФ, и выбираем наибольшее имеющееся номинальное значение емкости C₁, удовлетворяющее (3.3) для ФНЧ с МОС или (3.7) для ФНЧ на ИНУН.

5. Вычисляем номиналы резисторов из формул (3.4) или (3.6) соответственно.

6. Выбираем ОУ с учетом соображений, приведенных в разд. 2.3.3. Полное входное сопротивление ОУ должно быть больше или равно 10R_ед, где для ФНЧ с МОС

(2.26)

для ФНЧ на ИНУН

(2.27)