2.2.3 Выбор оу

При выборе ОУ необходимо учитывать диапазон частот фильтра: частота единичного усиления ОУ (на которой коэффициент усиления равен единице) должна быть больше произведения частоты среза и коэффициента усиления фильтра Kу.

Поскольку максимальный коэффициент усиления равен 3, а частота среза 15 кГц, тогда частота единичного усиления ОУ должна быть не менее 45 кГц. Этому условию удовлетворяют многие существующие ОУ.

Другим важным параметром ОУ является его входное сопротивление. Оно должно быть больше десятикратного максимального сопротивления резистора схемы.

Максимальное сопротивление в схеме равно 6,5 МОм, следовательно, входное сопротивление ОУ должно быть не менее 65 МОм.

Так же необходимо учитывать нагрузочную способность ОУ.  Для современных ОУ минимальное сопротивление нагрузки составляет 2 кОм. Учитывая, что в проектируемой схеме фильтра минимальное значение сопротивления составляет 12,9 кОм, выходной ток операционного усилителя будет заведомо меньше максимально допустимого.

В соответствии с вышеприведёнными требованиями выбираем ОУ  К540УД2А со следующими параметрами [3]:

Kу.min = 10

Rвх = 1000 МОм

F₁ =1 МГц

2.3 Результаты моделирования

В соответствии с заданием были построены схемы ФВЧ 3-го и 4-го порядков и проведено моделирование в системе схемотехнического моделирования MicroCap 9.

Схема моделируемого фильтра Баттерворта высоких частот 3-го порядка по структуре Салена-Ки приведена на рис. 2.2 [4].

Рис. 2.2 Схема фильтра Баттерворта высоких частот 3-го порядка

Рис. 2.3 АХЧ и ФЧХ фильтра Баттерворта высоких частот 3-го порядка

Схема моделируемого фильтра Чебышева верхних частот 4-го порядка по структуре Рауха приведена на рис. 2.5 [4].

Рис. 2.5 Схема фильтра Чебышева верхних частот 4-го порядка

Рис. 2.6 АЧХ фильтра Чебышева верхних частот 4-го порядка

Рис. 2.7 ФЧХ фильтра Чебышева верхних частот 4-го порядка

Заключение

В идеальном случае характеристики пассивных фильтров соответствуют расчётным, если сопротивление источника на входе равно нулю, а сопротивление нагрузки бесконечно. Практически создать такой режим невозможно, а отклонения от него приводят к изменению вида характеристики фильтра.

Кроме того, пассивный фильтр в принципе не обладает усилением в полосе пропускания.

Активный фильтр позволяет исключить указанные недостатки пассивного фильтра.

В целом применение активных фильтров позволяет избежать уменьшения амплитуды сигнала на выходе схемы, что имеет место в схемах с пассивными элементами, например, классическом LC-фильтре.

Применение двухкаскадной схемы и реализация фильтра четвёртого порядка обеспечивает высокую крутизну спада АЧХ за пределами полосы пропускания.

Список литературы:

1. Справочник по активным фильтрам : Пер. с англ./Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 128с.

2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.- М.: Мир, 1982. – 512 с.

3. 180 аналоговых микросхем (справочник). Ю.А. Мячин. – Изд-во «Патриот», МП «Символ-Р» и редакция журнала «Радио», 1993. – 152с.

4. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. – 248 с.

18