Тема 8. Активні rc-фільтри ( 20 годин )

Активний RC-фільтр. Переваги та вади АФ. АЧХ фільтра та ії властивості.

Фільтри Баттерворта, Чебишева, Бесселя та їх схемотехніка: Саллена-Кея, з багатопетльовим зворотним зв’язком, на основі конверторів повного опору, універсальний. Каскадне з’єднання ланок. Процедури розрахунку компонентів фільтрів і їх вибір.

Гіратор. Застосування. Розрахунок гіратора.

Література: [1, с. ]

Методичні вказівки. Перевірка знань за даною темою укладається в наведенні схем і поясненні принципу їх роботи.

Аналогові активні фільтри ARC обробляють аналогові сигнали. Їх синтез та виготовлення на сучасному стані не пов’язані з принциповими труднощами, але можливості забезпечення серійноспроможності, точності та схемної надійності досить обмежені.

АФ математично описують передаточною функцією. Типам АЧХ надано назви поліномів передаточних функцій. Кожен тип АЧХ реалізують певною кількістю полюсів (RC-кіл) згідно з заданою крутістю спаду ФЧХ. Найвідомішими є апроксимації Баттерворта, Бесселя, Чебишева.

Параметри фільтра є такі: коефіцієнт загасання визначає крутість перехідної ділянки АЧХ і викид у межах СП, добротність Q=1/.

Розрахунок АФ здійснюється у два етапи: 1- визначення числа ланок і коефіцієнтів їх передаточних функцій (ескізна частина розрахунку); 2- розрахунок величин резисторів і ємностей кожної ланки (технічний проект).

Смугові фільтри, якщо потрібний порядок фільтра n>2, здійснюють із допомогою каскадного з’єднання ланок. Завдяки дуже великим вхідним та малим вихідним опорам кожної ланки забезпечується відсутність спотворень заданої передаточної та можливість незалежного регулювання кожної ланки.

Проектуючи активні фільтри, значно зручніше використовувати ОП з уніполярними транзисторами на вході (наприклад, ОП МАС 155, МАС 156, МАС 157 або гібридні ОП WSH 226, WSH 117, WSH 217), оскільки у цих підсилювачах вхідні струми незначні – близько 30 пА, тому їх компенсація стає непотрібною.

Крім високого вхідного й низького вихідного опорів та необхідних частотних властивостей ОП повинен мати малі напругу та струм зміщення, тому що схема, охоплена глибоким зворотним зв’язком за постійним струмом.

Контрольні запитання

1. Назвіть чотири переваги АФ над пасивними.

2. Назвіть дві основні вади АФ.

3. Нарисуйте по пам’яті АЧХ ФНЧ, ФВЧ, СФ. Визначити на цих рисунках смугу пропускання, смугу затримки, перехідну ділянку.

4. Як отримати передаточні функції фільтрів?

5. Коли виникає необхідність у каскадному з’єднанні ланок фільтра?

7. Яка основна фізична властивість кола відображається у графі провідностей ОП з НЗЗ?

7. На якої властивості ОП з ЗЗ базується техніка застосування ОП?

8. Які характеристики ОП повинні бути для виконання функції інверсії повних опорів?

9. Поясніть роботу ОП у схемах інтегратора та диференціатора, Як створити інтегрувальний суматор?

10. Як визначити кількість ланок активного фільтра?

11. Як здійснити налагодження активного фільтра за частотою? Як змінити смугу пропускання, підсилення?

12. Яку ІС операційного підсилювача вибрати для реалізації конкретного активного фільтра?

Закінчивши вивчення цього розділу та відповівши на контрольні запитання, студент повинен вміти:

1. Вказати основні властивості фільтрів Баттерворта, Чебишева, Бесселя.

2. Перелічити переваги та вади активних фільтрів.

3. Розрахувати параметри елементів фільтра та вибрати тип ОП.

4. Нарисувати по пам’яті схему будь якого фільтра.

5. Виконати лабораторну роботу “Розрахунок, проектування та дослідження смугових фільтрів на операційних підсилювачах” або “Синтез та моделювання активних фільтрів на операційних підсилювачах “. Мета : студент повинен вмити розрахувати величини компонентів, зібрати схеми АФ та перевірити їх частотні характеристики, (обсудить) та розглянути всі можливі причини будь яких невідповідностей між виміряними та розрахованими даними.