Широкополосные полосовые пропускающие фильтры

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 13Следующая ⇒

Рассмотрим первый путь. Схема соединения фильтров ФВЧ и ФНЧ показана на рисунке 5.8, там же показана и результирующая АЧХ.

Рисунок 3.8 – Широкополосный полосовой пропускающий фильтр: а – структурная схема; б – вид результирующей АЧХ

На рисунке - коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания.

При последовательном соединении двух фильтров первого порядка получаем ШППФ 1-го порядка, соединяя последовательно два фильтра второго порядка, получаем ШППФ второго порядка. То есть здесь крутизна скатов АЧХ определяется порядком одного из последовательных включенных фильтров.

При этом для ФВЧ , а для ФНЧ .

Расчет подобных фильтров сводится к расчету соответствующих ФВЧ и ФНЧ по требуемым частотам среза и заданному порядку фильтра.

Если разрабатываемый фильтр должен иметь коэффициент усиления больше единицы, то все усиление обеспечивается звеном ФНЧ.

Таким образом, последовательность проектирования данного фильтра такова:

- по заданным значениям частот нижней и верхней границ полосы пропускания определяем требуемые частоты среза для ФНЧ и ФВЧ;

- по заданному порядку фильтра определяем количество звеньев в каждом из фильтров ВНЧ и ФНЧ;

- рассчитываем ФВЧ с коэффициентом усиления , требуемого порядка на заданную частоту среза ;

- рассчитываем ФНЧ с коэффициентом усиления , требуемого порядка на заданную частоту среза ;

- включаем последовательно рассчитанные нами фильтры в порядке, показанном на рисунке 3.8.

Узкополосные полосовые пропускающие фильтры

Узкополосными считают фильтры, у которых . Создание узкополосных полосовых пропускающих фильтров (УППФ) сложнее, чем широкополосных.

Например, такой фильтр 4-го порядка состоит из двух последовательно включенных звеньев второго порядка со взаимной расстройкой.

Исходными данными для расчета являются частоты нижней и верхней границ полосы пропускания. Для упрощения расчетов будем рассматривать схему фильтра, в котором общий коэффициент усиления фильтра , то есть для данного типа фильтра следует при распределении усиления по каскадам принять .

Следует отметить, что коэффициенты усиления отдельных звеньев, входящих в состав фильтра, могут иметь коэффициенты усиления отличные от единицы.

Методика расчета данного фильтра состоит из следующих этапов.

1. Определяем среднюю частоту диапазона пропускания

. (3.38)

2. Определяем относительное значение полосы пропускания

. (3.39) 3. Составляем уравнение для определения параметров звеньев фильтра

, (3.40)

где и - коэффициенты из таблицы 3.2, в соответствии с видом аппроксимации разрабатываемого фильтра.

Решаем полученное уравнение относительно параметра . Численное решение уравнения (3.40) можно выполнить любым способом.

Уравнение (3.40) имеет 8 корней. Но нас интересует только один корень со значением близким к 1. Для практических целей достаточно определить этот корень с точностью до третьего знака после запятой.

4. Находим добротность фильтра

. (3.41)

5. Определяем основные параметры последовательно включенных звеньев фильтра

Таблица 3.3 – Параметры звеньев УППФ

Звено фильтра

Для реализации УППФ можно использовать несколько схем. Одна из них, широко применяемая на практике, приведена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 – Полосовой пропускающий фильтр со сложной отрицательной обратной связью

Расчет полосового пропускающего фильтра со сложной отрицательной обратной связью

1. Находим величину конденсатора С. Для этого используем формулу

[мкФ], где в [Гц]. (3.42)

2. Определяем (i – номер звена).

Для первого звена:

. (3.43)

Для второго звена:

. (3.44)

3. Определяем .

Для первого звена:

. (3.45)

Для второго звена:

. (5.46)

4. Находим .

Для первого звена:

. (3.47)

Для второго звена:

. (3.48)

При выборе ОУ для данного фильтра следует учитывать, что дифференциальный коэффициент усиления ОУ на частоте должен быть больше, чем .

Выбор ОУ здесь следует производить таким образом:

- определить величину ;

- найти необходимую частоту единичного усиления ОУ по формуле: ;

- выбрать усилитель с частотой единичного усиления .

Усилитель мощности

Современные усилители мощности (УМ) строятся, в основном, с использованием ОУ по бестрансформаторной схеме. Они состоят из двух частей:

- предварительного каскада на операционном усилителе, включенном по схеме инвертирующего или неинвертирующего усилителя;

- оконечного каскада на комплементарном эмиттерном повторителе, собранного на дополнительно подключенных внешних транзисторах.

Оба каскада охватываются общей отрицательной обратной связью, как показано на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Общая структура УМ на базе ОУ: а – на дополнительно подключенных внешних транзисторах; б – на мощном ОУ

Существует ряд типов ОУ, которые в своей структуре уже содержат как каскады предварительного усиления, так и выходной каскад на мощных транзисторах. Это так называемые мощные операционные усилители. Они также могут служить основой УМ.

Операционные усилители общего применения обычно допускают выходной ток от 5 до 10 мА. Существуют специальные мощные ОУ с большим выходным током. К мощным обычно относят усилители, допускающие выходной ток свыше 300 - 500 мА. Мощными можно также считать ОУ, отдающие в нагрузку мощность свыше 1 Вт.

Примером отечественных мощных ОУ могут служить микросхемы К157УД1 с выходным током до 300 мА, К1040УД2 на выходной ток 0, 5 А и сдвоенный ОУ К1460УД2Р с током до 1 А.

Мощные ОУ широко представлены среди продукции многих ведущих фирм электронных компонентов.

Примером полупроводникового интегрального мощного ОУ может служить достаточно широко распространенный усилитель LM12 фирмы National Semiconductor с выходным током до 10 А и рассеиваемой мощностью до 90 Вт. Из новых моделей этой фирмы можно отметить монолитный ОУ LM675, наследник знаменитого LM15. Его выходной ток может достигать 3 А при питании от источников ±(8…30) В. Максимальная рассеиваемая мощность – 30 Вт.

Ещё один интересный пример – операционные усилители ОРА567 и ОРА569 фирмы Texas Instruments. Они различаются лишь корпусами. Это низковольтные ОУ (напряжение питания 2, 7…5, 5 В), которые способны отдать в нагрузку ток до 2, 4 А.

Фирма Linear Technology выпускает ОУ LT1970, обеспечивающий ток через нагрузку до ±0, 5 А при напряжении питания 5…36 В.

Лидирующее положение на рынке мощных ОУ последние годы занимает фирма Apex Micotechnology. Из новых разработок Apex можно обратить внимание на гибридный ОУ типа РА52 с напряжением питания до ±200 В и выходным током до ±40 А (пиковое значение ±80 А). Усилитель допускает рассеяние мощности до 400 Вт.

Гибридные усилители очень дороги, поэтому фирма Apex Microtechnology начала выпуск ОУ нового типа так называемых Open Frame. Эта конструкция представляет собой печатную плату, на которой установлены дискретные бескорпусные компоненты. Один из усилителей этого типа МР240 – при напряжении питания ±100 В отдаёт в нагрузку ток до 25 А. Установленный на охладитель, он способен рассеять мощность до 170 Вт.

Данные отечественных и некоторых зарубежных мощных ОУ приведены в таблице Е.1 (Приложение Е). Там же приведены и рекомендуемые схемы их включения. Для зарубежных ОУ схемы приведены в соответствии с отечественными стандартами на условные изображения.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒