7. Фильтры на усилителях

Фильтр с ООС. В схеме фильтра двойной Т-образный мост включен в цепь ОС (рис. 527). На квазирезонансной частоте 500 Гц полоса пропускания равна 30 Гц. Для перестройки фильтра на дру­гие частоты необходимо изменить номиналы конденсаторов. Кон­денсаторы рассчитываются по формуле С1 — С2 (пФ)=2500/f(кГц),СЗ — 2С1. Точная установка на среднюю частоту осуществляется изменением сопротивления резистораR3. Каскад устойчиво работает при использовании источника сигнала с малым внутренним со­противлением.

Рис. 5.27 Рис. 5.28

Рис. 5.29

Мостовой фильтр.Активный полосовой фильтр (рис. 5.28) имеет центральную частоту 70 Гц и полосу пропускания 10 Гц. Коэффи­циент передачи равен 7. При изменении емкостей конденсаторов можно менять центральную частоту. Добротность фильтра на часто­тах до 20 Гц меньше 5.

Фильтр с мостом Вина.Активный фильтр (рис. 5.29, а) позво­ляет ослабить более чем на 60 дБ сигнал, частота которого совпа­дает с частотой настройки моста Вина. Максимальное ослабление достигается при подстройке рези­стораR3. Частоту настройки фильтра можно менять, если вме­сто постоянных резисторовR6 иR7 применить сдвоенный потен­циометр, при этом частота ре­жекцииf₀=1/2пR_бС₂=1/2пR₇С₃. Фильтр работает в диапазоне ча­стот от единиц герц до сотен ки­логерц. Добротность фильтра остается неизменной для любых номиналов резисторов и конденса­торов во всем частотном диапа­зоне. Усилительный каскад в схе­ме фильтров должен обеспечить коэффициент усиления базового сигнала на коллекторе около 2. По­этому сопротивления резисторовR3 иR4 должны быть в два раза больше сопротивления резистораR5. Точность в настройке фильтра приводит к появлению на выходе сигнала с двойной частотой. На рис. 5.29,б приведен вид АЧХ фильтра.

Рис. 5.30 Рис. 5.31

Усилитель с частотно-зависимой ОС. Усилитель построен по схеме RС-генератора с фазосдвигающей цепочкой (рис. 5.30). Схема не возбуждается, поскольку коэффициент передачи транзистора искусственно снижен. Регулировка коэффициента усиления схемы с помощью резистораR6 позволяет изменять добротность фильтра. Для приведенных на схеме элементов она должна быть больше 20. В фазосдвигающей цепочке с помощью резистораR2 можно регу­лировать резонансную частоту в пределах от 800 Гц до 1 кГц.

Полосовой фильтр.Фильтр построен на ОУ, в цепь ООС кото­рого включен двойной Т-образный мост (рис. 5.31, о). Резонансная частота моста определяется выражениемfo==l/2пR₂C₂. Максимум усиления фильтра на резонансной частоте зависит от коэффициента усиления ОУ и точности настройки моста. При точности номиналов элементов 0.1% коэффициент передачи фильтра превышает 50 дБ. На рис. 5.31,6 показана АЧХ фильтра.

8. Полосовые фильтры

Заграждающий фильтр.Фильтр построен на двойном Т-об­разном мосте, включенном в цепь ОС ОУ (рис. 5.32, а). Централь­ная частота фильтра определяется выражениемf₀=l/2nRC приС1 = С2=С, СЗ=2С, R1=R2=R, R3=R/2. Желательно иметь следующую точность номиналов элементов: дляR — 0,1%, а дляС— 1%. Полоса пропускания и амплитуда сигнала регулируются резисторомR4. В гл. 1 приведена схема включения ОУ. На рис. 5.32,6 проиллюстрирована возможность изменять пределы регулирования АЧХ фильтра.

Узкополосный селективный фильтр.Селективный фильтр (рис. 5.33,а) имеет центральную частоту, определяемую выраже­нием

Рис. 5.32

Рис. 5.33

Коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте K=R₁C₁/R_s(C₁+C₂). Добротность фильтра определяется из выра­жения

Настройка фильтра достаточно трудоемка.Регулировка доб­ротности осуществляется с помощью резистораR2. Центральная частйта устанавливается одновременной регулировкойR2 иR3, при сохранении их отношения. При выполнении последнего условия ре­гулировка мало влияет на добротность фильтра. На рис. 5.33,6 приведен примерный вид АЧХ фильтра.

Фильтр с регулируемой цент­ральной частотой.Избирательный $ильтр построен на ОУ, в цепи С которого включена RС-цепь (рис. 5.34). С помощью резисто­раR6 может меняться централь­ная частота фильтра в пределах от 0,5 до 2,5 кГц. Добротность фильтра можно регулировать ре­зисторомR3. Она меняется в пре­делах от 10 до 100. Следует учесть, что применение в схеме резистораR2 с номиналом более 30 кОм нарушает устойчивость схемы. При перестройке центральной частоты фильтра добротность и коэффициент передачи не меняются. Пропорциональное изменение емкостей конденсаторов С1 —СЗ позволяет изменить частоту на­стройки фильтра в широких пределах от 10 Гц до 100 кГц. В ОУ корректирующий конденсатор емкостью 100 пФ включен между вы­водами 1 и12.

Рис. 5.34 Рис. 5.35

Обратный Т-образный мост.При выборе номиналов элементов активного фильтра с двойным Т-образным мостом (рис. 5.35,6) можно руководствоваться описанием элементов эквивалентной схе­мы фильтра на рис. 5.35, а. Комплексные сопротивления плеч моста могут быть записаныZ₁=2R+jwRC' и 2₂=1/R'w²C² — j2/wC, гдеw= 2пf— резонансная частота. В первом случае половина моста эквивалентна индуктивностиL₉ = RC' приRb = 2R, а во втором — емкости С_э= С/2 приRc =— 1/R'w²С². Добротность фильтра опре­деляется выражениемQ = wL₃/R_L — |Rc|. ЕслиR_c будет большеRL, фильтр превращается в генератор. Изображенный на рис. 5.35,6 фильтр имеет резонансную частоту 1 кГц, добротность 9.

Рис. 5.36

Рис. 5.37

Управляемый полосовой фильтр.Фильтр (рис. 5.36,а) поз­воляет получить на центральной частоте коэффициент передачи, близкий к нулю. РезисторомR4 устанавливается нулевой фазовый сдвиг на центральной частоте. Центральная частота определяется по формулеf₀= З^-2/2пRС приR2=R3=R и С1 = С2 = СЗ=С,R4 = R/12. Сопротивление нагрузки фильтра должно быть значи­тельно больше сопротивления резистораR2 (R3). При этом уменьшается падение напряжения на резисторахR2 (R3) и возникает не­которая асимметрия АЧХ. Для центральной частотыf₀= 55 кГцR₂ = R3=10 кОм,С1 = С2 = СЗ = 5 _НФ,R₄ = 820 Ом. На рис. 5.36,б показана форма передаточной характеристики фильтра. Октавный фильтр. Основные параметры фильтра на ОУ (рис. 5.37,а) определяются по формулам

где fо — централь­ная частота. Сопротивление резистора$3 должно учитывать внут­реннее сопротивление источника сигнала. Оно не должно быть больше 10 кОм. На рис. 5.35,6 приведен вид ряда АЧХ звеньев фильтра.