12.8 Розрахунок каскадів на оп

Нехай необхідно побудувати підсилювач на основі неінвертувального включення ОП, з вхідним опором ,, смуга частот. Коефіцієнти частотних спотворень на цих частотах не повинні перевищувати 3 дБ. Операційний підсилювач має внутрішню корекцію, його параметри: Живлення однополярне.

Спочатку обираємо схему (рис. 12.22).

Рисунок 12.22 – Принципова схема неінвертуючого підсилювача

Для забезпечення обираємокОм.

В такому випадку

кОм.

Для забезпечення (100раз) з умови

обираємо .

Визначаємо

.

.

Перевіримо виконання коефіцієнта частотних спотворень для частоти

,

де - фактичний коефіцієнт підсилення підсилювача на частоті

де - коефіцієнт підсилення ОП з розімкненим колом ВЗЗ на частоті ; - коефіцієнт передачі кола ВЗЗ.

.

Оскільки ОП має внутрішню корекцію, його АЧХ з розімкненим колом ВЗЗ має вигляд (рис. 12.23):

Рисунок 12.23 – АЧХ обраного ОП

З рисунка 12.23, можна визначити для части . Для нахилу АЧХ -20дб/дек,

.

Визначимо

.

Коефіцієнт частотних спотворень дорівнює

У такий спосіб задача не розв’язана.

Проектований підсилювач треба будувати, як послідовне з’єдння двох каскадів, з тобто

.

В цьому випадку номінали елементів будуть дорівнювати без змін.

Коефіцієнт передачі кола ЗЗ складає

,

тоді

.

Результуючий коефіцієнт підсилення двох каскадів складає

.

Коефіцієнт частотних спотворень відповідно

тобто рівень частоти спотворень задовольняє вимогам.

Остаточна принципова схема підсилювача подана нижче

Рисунок 12.24 – Принципова схема розрахованого підсилювача

12.9 Запитання та завдання для самоконтролю

1. Побудувати схему двокаскадного диференціального підсилювача на основі ОП. Забезпечити загальний коефіцієнт підсилення 100. Передбачити можливість балансування нуля схеми.

2. Спроектуйте інвертувальний підсилювач на ОП з коефіцієнтом підсилення 50, забезпечте його смугу пропускання 100 Гц – 50 кГц, вхідний опір не менше 100 кОм. Живлення однополярне. Тип ОП – К140УД12.

3. Визначить смугу пропускання неінвертувального підсилювача, якщо він виконаний на ОП К140УД7 і забезпечує коефіцієнт підсилення 20, значення розділового конденсатора 1,0 мкФ, вхідний опір 100 кОм.

4. Яким вимогам повинен відповідати ОП інвертора імпедансу?

5. Які коефіцієнти підсилення каскадів К1 та К2 помножувача ємності?

6. Які опори (вхідний, вихідний) повинні бути забезпечені в помножувачі ємності?

7. Визначити (Мн = Мв = 3 дБ) повторювача напруги на ОП, якщо операційний підсилювач має внутрішню корекцію, а його параметри: ; . Інші параметри ОП відповідають ідеальному ОП.

8. Побудувати підсилювач на основі неінвертувального включення ОП (живлення двополярне) з вхідним опором , для смуги частот , за умови Мн = Мв = 3 дБ. Операційний підсилювач має внутрішню корекцію, його параметри , .

Література [27-35]

13 Активні фільтри

13.1 Загальні відомості про фільтри

При використанні ОП як одного з елементів пристрою з’являється можливість синтезувати характеристику будь–якого LC фільтра без використання котушок індуктивності. Такі фільтри відомі під назвою «активних фільтрів», у зв’язку з наявністю в схемі активного елемента (ОП).

Активні фільтри можна використовувати для реалізації фільтрів НЧ,ВЧ, смугопроникальних і смугозатримувальних, вибираючи тип фільтра у залежності від його властивостей; рівномірності підсилення в смузі пропускання, крутості перехідної ділянки АЧХ або незалежності часу затримки від частоти. Окрім цього можна також побудувати «усепроникаючі фільтри» з плоскою АЧХ, але нестандартною ФЧХ (такі фільтри називають «фазові коректори»), або навпаки фільтри з постійним фазовим зсувом, але довільною АЧХ.

Коефіцієнт передачі фільтра у загальному випадку можна записати у вигляді

(13.1)

де – дійсні числа;р – оператор Лапласа, для синусоїдального сигналу .

Порядок фільтра визначається найбільшим степенем оператора р у знаменнику. Якщо відомі корені чисельника і коренізнаменника, то коефіцієнт передачі можна записати у вигляді

(13.2)

При коефіцієнт передачі дорівнює нулю, тому кореніназивають нулями. Прикоефіцієнт передачі дорівнює нескінченності, тому кореніназивають полюсами.

Коефіцієнт передачі фільтра повністю визначається значеннями нулів і полюсів, а також сталим множником

Коефіцієнт передачі фільтра першого порядку

(13.3)

де

У відповідності з виразом (13.3) коефіцієнт передачі фільтра НЧ може бути записаний при

• для ФВЧ, при

• для фазового коректора, при ,

Коефіцієнт передачі фільтра другого порядку

(13.4)

Виходячи з виразу (13.4), коефіцієнт передачі відповідних фільтрів можна подати у вигляді:

• для ФНЧ, при

• для ФВЧ, при

• для смугопроникального фільтра, при

• для смугозатримувальних фільтрів, при

• для фазового коректора, при

Фільтри другого порядку можна реалізувати, з’єднуючи відповідним чином ланки першого і нульового порядку. Спосіб такої реалізації витікає з можливої форми подання коефіцієнта передачі у вигляді елементарних функцій інтегрування, диференціювання, підсумовування. Оскільки способів подання виразу (13.4) через елементарні функції може бути досить багато, то і число можливих схемних рішень фільтрів другого порядку може бути значним.

На практиці фільтр характеризується трьома основними параметрами: – характеристична частота (зрізу), що характеризує рівень послаблення АЧХ –3 дБ;модуль коефіцієнта передачі у смузі пропускання;– коефіцієнт згасання коливань.

Смуга пропускання і добротність Q пов’язані з коефіцієнтом згасання співвідношенням

Відомі три найбільш популярні типи активних фільтрів: Баттерворта, (максимально плоска характеристика в смузі пропускання), фільтр Чебишева (найбільш крутий перехід від смуги пропускання до смуги придушення) та фільтр Бесселя (максимально плоска характеристика часу затримки). Будь–який з цих фільтрів можна реалізувати за допомогою різних схем. Всі вони придатні для побудови фільтрів верхніх, нижніх частот і смугових фільтрів.