1.2 Разработка принципиальной схемы корректирующего усилителя
Необходимость усиления сигнала не позволяет использовать пассивные корректирующие каскады, поэтому остается использовать только активные фильтры.
Под активными фильтрами обычно понимают электронные усилители, содержащие RC-цепи, включенные так, что у усилителя появляются избирательные свойства. Для получения у усилителей избирательных свойств в области низких частот (ниже 30 КГц) преимущественно применяют RC-цепи интегрирующего и дифференцирующего типа. Они включаются на входе или выходе усилителя и охватывают его частотно-зависимой обратной связью.
Любой
корректирующий усилитель имеет участки
с равномерной частотной характеристикой
и участки со спадом и подъемом этой
характеристики. АЧХ корректирующего
мощного усилителя, которую нужно
реализовать в данном курсовом проекте,
представлена на рисунке 2. Частоты
перегиба (
,
,
,
,
)
находятся в точках, где характеристика
переходит с равномерного участка на
наклонный и наоборот. В реальных схемах
резко выраженных таких точек нет. Поэтому
местоположение точки перегиба определяют
там, где частотная характеристика
изменилась по отношению к равномерному
участку на 3дБ.
Так как по заданию крутизна спадов и подъемов АЧХ корректирующих усилителей должна составлять не более 6 дБ/октаву, то для реализации такой АЧХ в основном используют неинвертирующие усилители с обратной связью на RC– элементах (рисунок 2).
Рисунок 2 – Принципиальная схема неинвертирующего активного корректора
Их преимущество состоит в том, что они позволяют отделить от усилителя источник сигнала, который при этом может быть с низкоомным выходом.
Для реализации характеристик с несколькими наклонными участками используется множество способов. Наиболее часто применяют следующие два из них. Первый – составляются сложные элементы Z1 и Z2, дающие соответствующие частотно-зависимые импедансы для получения заданной АЧХ усилителя. Второй – последовательно соединяются несколько каскадов (рисунок 3), каждый из которых формирует наклон частотной характеристики только на определенном участке, а на других частотах имеет равномерную АЧХ. В данном курсовом проекте будет использоваться второй способ, который более прост для расчетов и оптимизации параметров корректирующего усилителя. При этом усилитель–корректор будет состоять из нескольких узлов, число которых определяется количеством наклонных участков на частотной характеристике.
Для реализации, как подъема, так и спада заданной АЧХ будем использовать неинвертирующие активные фильтры.
Определим схему цепи обратной связи, состоящей из элементов Z1 и Z2. При этом введем кое-какие пояснения, позволяющие понять, по каким критериям осуществляется выбор структуры элементов Z1 и Z2:
для того чтобы частотная характеристика коэффициента передачи была равномерной, элементы Z1 и Z2 должны быть чисто активными;
для того чтобы с увеличением частоты функция, описывающая частотную характеристику, спадала, элемент Z1 должен быть емкостным в параллельной цепи;
для того чтобы с увеличением частоты функция, описывающая частотную характеристику, нарастала, емкость должна быть включена параллельно в Z2;
для того чтобы функция спадала в сторону низких частот, ёмкость должна быть последовательно в Z2.
Исходя из выше сказанного, структура корректирующего усилителя с заданной АЧХ (рисунок 3) будет выглядеть следующим образом.
Рисунок 3 - Принципиальная схема усилителя – корректора