23. 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. Активный ФНЧ первого порядка с инвертирующим усилителем приведен на рис. 4,б. K(ω) 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

24. 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

25. 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 ω1/₁

; ; при ω₂1/₂ ω₂ =1/R1C2.

Частоты среза определяются

;

Для реализации полосовых АФ широкое применение находят двойные Т-фильтры, т.е. 2Т-фильтры, рис.8.

Рис. 8. Полосовой АФ с 2Т - фильтром в цепи ООС и его АЧХ

В этой схеме 2Т-фильтр включен в цепь ООС. Следовательно, при 100% ООС на всех частотах кроме f₀ , U_вых полностью поступает на инвертирующий ход, вследствие чего это устройство работает как повторитель напряжения (К=1; К_дБ=0), так цепь ООС преобразовывает заграждающий фильтр в полосовой.

На квазирезонансной частоте f₀ =1/(1/2RC) отсутствует ООС по цепи 2Т-фильтра, ООС возникает через делитель R1R2. Отношением этих резисторов определяется К₀. В результате имеем резонансную характеристику, приведенную на рис.8.

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 К_о=1+R2/R1. Квазирезонансная частота определяется элементами 2Т-фильтра (рис.9).

26. 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.