3.2.10. Активные rc–фильтры

Активными называются фильтры, состоящие из резисторов, конденса-торов и активных элементов, например, усилителей. Они позволяют не вклю-чать в них катушки индуктивности (которые громоздки, особенно в фильтрах с низкими рабочими частотами), но, несмотря на это, обладают хорошей избира-тельностью. Последнего удаётся достигнуть благодаря компенсации потерь энергии в RC-фильтрах с помощью активных элементов, чаще всего, усилите-лей, охваченных обратной связью (обычно с RC-цепями). В этом смысле ак-тивные фильтры являются как бы недовозбуждёнными автогенераторами, хотя последние не всегда просто опознать в схеме того или иного фильтра [1].

Звенья фнч и фвч первого порядка

Чаще применяют каскадный метод построения фильтров путём последо-вательного соединения базовых звеньев первого и второго порядка. Он обеспе-чивает простоту расчёта и практического осуществления настройки, так как по-следняя для каждого звена здесь выполняется отдельно.

Звенья ФНЧ и ФВЧ первого порядка могут быть построены в виде пас-сивных RC-цепей с включением на их выходе развязывающего усилителя. Од-нако на ОУ их чаще выполняют на основе схемы инвертирующего усилителя, что обеспечивает сочетание функций фильтрации и необходимого усиления при минимальном числе деталей. Звенья первого порядка содержат по одному конденсатору. В схеме звена ФНЧ (рис. 10.1,а) при постоянной амплитуде входного напряжения и идеальном ОУ входной ток не зависит от частоты и весь протекает через цепь R2,С. С повышением частоты уменьшается сопро-тивление этой цепи, а значит, и напряжение на ней, равное выходному напря-жению звена. Его АЧХ представлена на рис. 10.1,б) плавной кривой.

Рис. 10.1 Звенья ФНЧ и ФВЧ первого порядка

а) схема звена ФНЧ; б) АЧХ звена ФНЧ;

в) схема звена ФВЧ; г) АЧХ звена ФВЧ.

Линейно-ломаная – это асимптотическая аппроксимация. Масштаб по оси частот логарифмический (л.м.).

В звене ФВЧ (рис. 10.1,в) на низких частотах конденсатором С уменьша-ется входной ток, а значит, и напряжение на R2, то есть выходное напряжение. Ввиду ничтожно малого дифференциального входного напряжения ОУ всё входное напряжение звена падает на цепь R1С, которая и определяет частоту полюса (рис. 10.1,г). В полосе пропускания любого из этих звеньев влияние конденсаторов почти не проявляется. Поэтому получаются схемы инвертирующих усилителей с коэффициентом усиления.

У активных RC-фильтров по сравнению с их пассивными LС – аналогами есть недостатки, обусловленные наличием усилителей. Это необходимость пи-тания, ограниченный диапазон (из-за вносимых шумов и ограниченности мак-симальной амплитуды), дополнительные нелинейные искажения, пониженная надёжность. Однако малые габариты и возможность автоматизации производ-ства по интегральной технологии делают активные RC-фильтры перспективны-ми.

Вопросы для самопроверки

1. Какие фильтры называются активными?

2. Что представляет собой звено ФНЧ первого порядка и какова его АЧХ?

3. Приведите схему звена ФВЧ первого порядка и его АЧХ.

4. Приведите схему звена ФНЧ второго порядка.

5. Приведите схему звена ФВЧ второго порядка?

6. Каковы преимущества и недостатки активных RC-фильтров по сравне-нию с их пассивными LС – аналогами?