2015-05-13
2011
1. ФВЧпервого порядка.
Схемы таких фильтров (рис. 6.17) представляют собой обычные инвертирующий и неинвертирующий усилители, дополненные разделительным конденсатором для ослабления нижних частот.
Передаточная функция:
Параметры схемы:
коэффициент передачи:
частота полюса:
2. ФВЧ Саллена-Кея (рис. 6.18).
| Общие свойства | Достоинства | Недостатки |
| Фильтр второго порядка. Неинвертирующий Малые и средние значения добротности. | Относительно небольшой диапазон номиналов элементов. | Относительно высокая чувствительность QF к отклонениям значений элементов. Не удается перекрыть весь диапазон возможных значений К, ω0 и QF. |
Передаточная функция:
Параметры схемы:
Номиналы элементов.
Если точное значение коэффициента передачи не играет роли, то выбираем C1 = C2 = Си R1= R2 = R, тогда
Настройка.
Настроить все три параметра К, ω0 и Qодновременно довольно сложно, так как они зависят от сопротивлений одних и тех же резисторов Параметры ω0 и QFможно скорректировать следующим образом:
|
|
|
подстроить ω0 резисторами R1или R2,
подстроить QF c помощью R3 или R4.
Общий коэффициент передачи лучше устанавливать в других каскадах проектируемого устройства, но можно изменить и коэффициент передачи рассматриваемого фильтра, добавив емкостной делитель (рис. 6.19).
В этой схеме
а значение C1 = C11 + С12 подставляется в приведенные ранее выражения.
Если необходимое значение K заранее определено, то, выбрав C1 = C2 =C, получим:
При больших значениях добротности QFи коэффициента передачи (более 10) эта схема оказывается чувствительной к отклонениям значений элементов от номиналов.
Для построения ФВЧ Баттерворта второго порядка (рис. 6.20), достаточно выбрать С1 = С2 = С, 2R1= R2= 2R,R4= 0; R3 в этом случае не нужен.
4. ФВЧ с многопетлевой обратной связью (рис. 6.21;
| Общие свойства | Достоинства | Недостатки |
| Фильтр второго порядка. Инвертирующий Малые и средние значения добротности | Можно реализовать фильтры со значением К, меньшим единицы. Относительно небольшая чувствительность к отклонениям значений элементов | Большой диапазон номиналов элементов. Сложность настройки. Коэффициент передачи равен отношению емкостей двух конденсаторов, менее стабильному, чем отношение резисторов. Нужны три конденсатора. |
Передаточная функция:
Параметры схемы:
коэффициент передачи:
частота полюса:
добротность:
Номиналы элементов.
Для удобства выбора номиналов конденсаторов положим C1 = C3 = C, тогда
Настройка.
Настройка фильтра оказывается сложной задачей, поскольку в схеме имеются только два резистора, a Qи ω0 одновременно зависят от сопротивлений обоих резисторов. Подстройка QF и ω0 проводится методом последовательных приближений. Коэффициент передачи равен отношению конденсаторов, поэтому его нельзя отрегулировать изменением какого-либо из резисторов. Для упрощения настройки схемы можно ввести в нее подстроечный конденсатор.
|
|
|
Параметры схемы К, QFи ω0 мало чувствительны к неточностям значений Rи С, но это достоинство достигается за счет широкого диапазона номиналов элементов даже при достаточно умеренных значениях коэффициента передачи и добротности. При увеличении QFи Кдиапазон номиналов элементов еще более расширяется. По этой причине, с учетом реальных величин сопротивлений и емкостей, произведение K·QFограничивается величиной порядка 100. В схемах с большим значением QFконечная полоса пропускания ОУ вызывает значительные погрешности на высоких частотах, где коэффициент усиления ОУ падает.
Еще один недостаток схемы состоит в том, что коэффициент передачи фильтра определяется отношением емкостей двух конденсаторов, которые, как правило, менее стабильны, чем резисторы. Кроме того, габариты конденсаторов больше и они дороже резисторов, поэтому, по возможности, число их следует сводить к минимуму, в этой же схеме их используется целых три.
5. ФВЧ на основе конверторов полного сопротивления (рис. 6.22).
Передаточная функция:
| Общие свойства | Достоинства | Недостатки |
| Фильтр второго порядка. Неинвертирующий. | Достижимы как малые, так и большие значения добротности. Невысокая чувствительность Q,Ки ω0 к отклонениям значений элементов от номиналов (всегда меньше 1). Возможна независимая настройка Q, Ки ω0. Большие значения добротности достигаются без чрезмерного расширения диапазона номиналов элементов. | Требуются два ОУ. |
Параметры схемы:
Номиналы элементов.
Несмотря на наличие пяти резисторов и двух конденсаторов, расчет центов по приведенным формулам оказывается довольно простым.
Настройка.
Коэффициент передачи устанавливается резистором R2.
Частота среза ω0 устанавливается резистором R4.
Добротность QFустанавливается резистором R8.
Каждый из параметров схемы можно устанавливать независимо от других.
Эта схема особенно хороша для построения фильтров с высокой добротностью QF,поскольку она некритична к отклонениям значений элементов от номинальных, проста в настройке и не требует применения элементов с большим разбросом номиналов. Эти преимущества достигаются за счет введения дополнительного ОУ и большего числа резисторов. Однако включение еще одного ОУ может привести к увеличению дрейфа и шумов в схемах с малыми уровнями сигналов.
