Главная | Обратная связь

Реализация активных фильтров на операционных усилителях

Очередной задачей синтеза фильтров является реализация найденной аппроксимирующей функции, т.е. определение на ее основе структурной (функциональной) схемы устройства, модуль коэффициента передачи которой удовлетворяет предъявленный техническим требованиям и наилучшим образом приближается к идеальней АЧХ. Решения этой задачи неоднозначно, так как одну иту же функцию передачи может иметь множество физически реализуемых цепей. Поэтому на этомэтапе проектирования (синтеза) следует выбрать конкретную электрическую схему, которая наилучшим образом реализует найденную аппроксимирующую функцию. В качестве критерия оптимальности может служить минимум числа элементов схемы, минимум чувствительности характеристик цепи к изменению во времени ее элементов и т.д.

Далее следует реализация фильтров на основе выбранной элементной базе.

Данную реализацию можно осуществить на различной элементной базе. Например, он может состоять из пассивных LCR или RC-элементов, а также из совокупности пассивных RC-элементов и активных элементов. Тенденции развития электроники сегодня таковы, что требуется создание фильтров, у которых отсутствуют индуктивные элементы. Это необходимо при работе на очень низких частотах (сейсмография, гидролокация, биолокация и т.д.), когда использование LCизбирательных цепей значительно увеличивает габариты фильтра (LC = 1/4p²f²), a также при микроминиатюризации аппаратуры, т.е. ее реализации на микросхемах. Применение же навесных индуктивных элементов сводит на нет преимущества интегральной элементной базы. По этим причинам получили распространение частотно-избирательные усилители с RC - цепями.

С помощью фильтра, построенного на базе пассивных RC и активных элементов можно получить, все характеристики, которые обеспечиваются RLC цепями. Поэтому такие фильтры, называемые активными RC-цепями (ARC-цепями), получили широкое распространение.

Различают следующие разновидности линейных ARC-цепей:

а)АРС-цепи на усилителях (напряжения тока), охваченных для формирования заданной АЧХ положительной частотно-зависимой обратной связью. Такие усилители устойчиво работают при коэффициенте усиления, близком к единице. Поэтому их, часто называют фильтрами на усилителях с единичным усилением;

б)ARС-цепи на усилителях (напряжения тока) с отрицательной частотно-зависимой обратной связью. Такие усилители должны иметь большой коэффициент усиления, поэтому в качестве усилителей целесообразно использовать операционные усилители (ОУ);

в)ARC-цепи на ОУ-интеграторах, реализующих заданную АЧХ методом аналоговой вычислительной техники (метод АВТ);

г)ARC-цели на конверторах (преобразователях) отрицательного сопротивления;

д) ARC-цели на имитаторах индуктивности (гираторах).

Фильтры с единичным усилением экономичны и обладают достаточно высокой стабильностью своих характеристик, но не обеспечивают высокой избирательности, фильтра на ОУ позволяют получить высокую избирательность и устойчивость характеристик. Для конверторов характерна наиболее высокая нестабильность параметров из всех ARC-цепей. Гираторы неэкономичны и отличаются большой сложностью и нестабильностью. Поэтому при проектировании следует использовать первые три разновидности линейных АRC-цепей, получивших наиболее широкое распространение в инженерной практике.