Активні фільтри

На базі великого затухання в смузі пропускання будується активний фільтр. Ядром АФ є будь-який підсилюючий елемент, у тому числі і пасивний RC – фільтр, включений послідовно з активним елементом, або до його зворотного від’ємного зв'язку. Ми досягаємо посилення вхідного сигналу більшим Rвх, а меншим Rвих збільшуємо крутість за рахунок ЗЗ.

Для одержання ФНЧ послідовно ставимо ФНЧ до ЗЗ ФВЧ.

Для одержання більшої крутості спадів амплітудно-частотної характеристики при посиленні сигналів у смузі пропускання при побудові RC - фільтрів використовують підсилювач. Робочий діапазон частот активних RС - фільтрів значно ширший, ніж пасивних (до 1 МГЦ). Вони можуть мати високий вхідний і низький вихідний опір, що дозволяє використовувати їх як розв'язку між каскадами.

До переваг активного RC - фільтра відноситься також висока добротність, що може досягати кількох сотень.

Розрізняють активні RC - фільтри нижніх і верхніх частот, смугові і фільтри, що загороджують.

Для оцінки властивостей активних фільтрів використовують амплітудно-частотну (АЧХ) і фазочастотну (ФЧХ) характеристики, що визначаються такими параметрами фільтра, як характеристична частота fо, добротність Q і коефіцієнт підсилення К в смузі пропускання.

Для ФНЧ і ФВЧ під характеристичною частотою f0 розуміємо частоту зрізу, для ПФ - середню частоту смуги пропускання, для ЗФ - середню частоту смуги затримки (непропускання), тобто для активних ПФ і ЗФ - резонансну частоту.

Добротність, Q = f⁰/∆f, характеризує крутість спаду АЧХ фільтра. Добротність визначають для ПФ і ЗФ. Для оцінки крутості ФНЧ і ФВЧ користуються параметром а_Q, оберненим до добротності.

В якості підсилювачів в активних RC - фільтрах широко використовуються операційні підсилювачі ОП.

Відомі два способи побудови активних RC - фільтрів. Перший спосіб полягає в тому, що пасивний RC - фільтр включається в гілку від’ємного зворотного зв'язку підсилювача.

Для отримання активного ФНЧ у гілку зворотного зв'язку (ЗЗ) включають пасивний ФВЧ, для одержання активного ФВЧ - пасивний ФНЧ, для отримання активного загороджуючого ПФ, і для одержання активного ЗФ - смуговий.

Другий спосіб побудови активних RC - фільтрів полягає

в тому, що пасивний RC - фільтр включається послідовно

з ОП (звичайно на вхід). При такій побудові для одержання

активного ФНЧ на вхід ОП включають пасивний ФНЧ, для отримання активного ФВЧ- пасивний ФВЧ.

Розглянемо деякі схеми активних RC - фільтрів на основі ОП, зібраних на основі другого способу .

На мал. приведені схеми активних ФНЧ (а) і ФВЧ (б) другого порядку, у яких послідовно з ОП включаються двохгілкові пасивні RC -фільтри. Оскільки операційний підсилювач обладає високим вхідним і низьким вихідним опорами, то опори резисторів R1 і R2 можуть бути досить великими, що дає можливість зменшити ємність конденсаторів С1 і С2. На виході схеми включаються резистори R3 і R4, що підбираються для можливості зміни коефіцієнту підсилення підсилювача К. Якщо вибрати Rl = R2 = R, то параметри ФНЧ вираховуються з наступних виразів:

де Кф - коефіцієнт підсилення фільтра, К - коефіцієнт підсилення ОП.

Для спрощення розрахунків схем ФНЧ і ФВЧ другого порядку задаються рівними R = RІ = R2 і С = С1 = С2, тоді при відомих f₀ и a_Q

Для одержання більшої крутості АЧХ використовують фільтри більш високих порядків.

Для одержання добротності Q > 10 використовують кілька каскадів посилення, а також уводять додатній зворотний зв'язок з виходу фільтра на його вхід.

Для побудови активного ЗФ, що послаблює сигнали в широкій смузі частот, застосовують послідовне включення ФВЧ і ФНЧ.

Використання ОП визначає деякі особливості застосування активних - RC фільтрів: обмежений діапазон вхідних і вихідних напруг, малі значення вихідного струму, присутність постійної складової на виході схеми через початковий дисбаланс ОП. Ці недоліки можуть бути усунуті використанням більш складних схем підсилювачів.