2014-09-04
1843
В основе построения фильтра 2-го порядка широко используются свойства ОУ, которые позволяют рассматривать его как:
q ИНУН – источник напряжения управляемый напряжением. В простейшем случае – не инвертирующий усилитель, у которого
Rвх Þ ¥
Rвых Þ 0
Uвых = kUвх
q ИТУН – источник тока, управляемый напряжением. Это источник тока на ОУ.
q ИНУТ – источник напряжения, управляемый током. Это инвертирующий усилитель.
q ИТУТ – источник тока, управляемый током. Это источник тока на ОУ в не инвертирующем включении.
Наиболее простая – ИНУН.
Фильтры на этих усилителях называют фильтрами Саллена и КИ или фильтры на основе ИНУН.
ФНЧ
ФВЧ
Используется не инвертирующее включение ОУ, в результате ОУ не нагружает фильтр. Включение С1 и R1 (для ФВЧ) в ОС обеспечивает необходимую крутизну передаточной функции фильтров. Т. к. это связь положительная, то необходимо, чтобы кb < 1 (для ПОС), в противном случае такая схема возбуждается и становится просто генератором. Поэтому существуют ограничения на выбор R3 и R4, т. к.
Ku = 1 + R3/R4, то
R3/R4 = 2 - a, где a - коэффициент затухания фильтра и определяет тип фильтра.
Фильтры 2-го порядка в зависимости от вида передаточной функции делятся на следующие типы:
I. Фильтры Баттерворта
v a = 1,414
v наклон характеристики = 40 дб/дек
v в пределах полосы пропускания характеристика гладкая
v фазовая характеристика нелинейная
Т. к. имеет место в схеме ПОС, то крутизна переходной характеристики может быть как больше, так и меньше 40 дб/дек.
II. Фильтр Чебышева
v a = 1,578¸0,766
Фильтр Чебышева имеет колебания в пределах полосы пропускания, но более крутую характеристику в переходной полосе. Чем круче переходная полоса, тем больше выбросы. Имеет более нелинейную ФЧХ, чем фильтр Баттерворта. Нелинейность ФЧХ для этих фильтров приводит к тому, что при прохождении импульсных сигналов появляются выбросы на них.
III. Фильтр Бесселя
v a = 1,732
Гладкая спадающая характеристика в пределах полосы пропускания и плавная в пределах переходной области, но скорость спада < 40 дб.
«+» линейная ФЧХ, т. е. Dj = 1/кw (кw)
Это эквивалентно тому, что все сигналы задерживаются линейно в полосе пропускания. Эти фильтры не искажают импульсные сигналы.
Фильтры используются для выравнивания и компенсации задержек, возникающих в линиях связи.
Также используются эллиптические фильтры, которые имеют неравномерную характеристику, как в полосе пропускания, так и в полосе заграждения, и более крутую характеристику в переходной области, чем фильтр Чебышева.
Фильтры высоких порядков (n > 2)
Строят на основе фильтров 1 и 2 порядков.
Если n = 6, то достаточно 3-х фильтров Саллена и Ки.
Если n = 5, то 2-х фильтров Саллена и Ки и 1-го фильтра 1 порядка и т. д.
При построении полосовых фильтров используют ФНЧ и ФВЧ соответствующего порядка, причем
На входе фильтра ставятся ФНЧ, которые ослабляют ВЧ шумы, что позволяет повысить отношение сигнал/шум в рабочей полосе.
