Активные фильтры
Общие сведения об активных фильтрах и их реализация. Полосовые и заграждающие фильтры. Сведения и принцип регулировки тембра на основе активных фильтров. Объединение всех вариантов включения RC-фильтров в одно устройство и получение регулятора тембра.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.01.2015 |
| Размер файла | 384,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Активные фильтры
1. Общие сведения об активных фильтрах
Как известно, для получения избирательных характеристик в обычной схемотехнике широко используются LС - фильтры. Однако в интегральной схемотехнике индуктивности трудно реализуемы.
Поэтому в интегральной схемотехнике широкое применение находят активные фильтры, представляющие собой пассивные RС - фильтры, включенные в цепи инвертирующих и неинвертирующих усилителей. Другими словами, активные фильтры - это усилители на основе ОУ в сочетании с пассивными RС - фильтрами. Активные фильтры (АФ) находят самое широкое применение в качестве УВЧ, УПЧ, регуляторов тембров и т.д. Избирательная АЧХ АФ реализуется благодаря применению RС - пассивных фильтров. Следовательно, для анализа АФ необходимо знать характеристики пассивных фильров.
2. Пассивные RС - фильтры
Различают фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых распологается в области нижних частот; фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигналы высоких частот; полосовые и заграждающие (режекторные фильтры). Рассмотрим схему ФНЧ, рис.21.1a.
Рис 21.1. ФНЧ и его передаточная характеристика
Комплексный коэффициент передачи этого RC-фильтра определяется:
K(jщ)=Uвых/Uвх=1/(1+jщRC).
Передаточная характеристика ФНЧ имеет выражение:
;
где fc-частота среза, равная 1/2RC.
В соответствии с выражением (21.1) построим передаточную характеристику ФНЧ, рис.21.1,б.
При частотах f<<fc f/fc<<1; K(f)=1 KдБ=0,
При частотах f>>fc f/fc >>1; K(f)=fc/f.
Полоса пропускания фильтра определяется частотой среза. При дальнейшем увеличение частоты имеет место затухание сигнала, т.е. спад частотной характеристики 20 дБ/дек. Если ФНЧ имеет несколько звеньев, то спад АЧХ равен n 20 дБ/дек.
Рассмотрим принципиальную схему ФВЧ, рис. 21.2.
Рис.21.2. ФВЧ и его передаточная характеристика
Передаточная характеристика ФВЧ определяется выражением
В области низких частот, где
при f<<fс fс/f<<1 K(щ)=щRC; K(f)=f/fc;
при f>>fc fc/f>>1 K(щ)=1; KдБ=0 дБ.
Для построения полосовых и заграждающих АФ широкое применение находит 2Т фильтр, рис. 21.3.
Рис.21.3. 2Т-фильтр и его передаточная характеристика
2Т фильтр пропускает все частоты с коэффициентом передачи К=1, кроме квазирезонансной. На квазирезонансной частоте f0=1/2RC коэффициент передачи равен нулю.
3. Реализация активных фильтров
Активные фильтры бывают первого, второго, третьего и высших порядков. Порядок фильтра определяется числом RC звеньев.
Для получения АФ пассивный RС - фильтр включают в схему усилителя. АФНЧ первого порядка на ОУ легко реализуется по схеме рис.21.4,а, в которой использовано неинвертирующее включение.
Рис. 21.4. Активный фильтр НЧ первого порядка с RС фильтром: а - в цепи межкаскадной связи; б - в цепи ООС
АЧХ АФ определяется выражением
активный фильтр регулятор тембр
, (21.2)
Где
; .
Если RC-фильтр включается в цепь ООС, то для получения фильтра нижних частот в цепи обратной связи необходимо использовать ФВЧ, так как при включении пассивного фильтра в цепь ООС происходит преобразование ФНЧ в ФВЧ и обратно. АФНЧ первого порядка с инвертирующим усилителем приведен на рис. 21.4,б. K(щ) определяется выражением (21.2),
где
; .
АЧХ активного фильтра низкой частоты приведена на рис.21.5. АЧХ разомкнутого ОУ приведена штриховой линией.
Рис.21.5. АЧХ активного фильтра НЧ
4. Активные фильтры высокого порядка
Для увеличения крутизны АЧХ т.е. избирательности применяют АФ высокого порядка. В целях обеспечения устойчивой работы в одном ОУ включается не более трех звеньев пассивных RC - фильтров. Поэтому АФ высокого порядка строят на нескольких ОУ, соединив последовательно АФ третьего и второго порядков. В этом случае K(f) перемножаются, и получается общая АЧХ. От перестановки каскадов АФ общая АЧХ не меняется. В качестве примера приведем схему фильтра пятого порядка, рис.21.6.
Рис. 21.6. Активный фильтр НЧ пятого порядка
5. Полосовые и заграждающие АФ
Полосовые фильтры могут быть построены с использованием двухзвенного RC-фильтра ФНЧ и ФВЧ, рис.21.7.
Рис. 21.7. Полосовой АФ второго порядка и его АЧХ
Рассмотрим аппроксимированную АЧХ
;,
обозначив через 1=R1C1 и 2=R2C2
,
Из этого выражения можно найти частоты нулей. При щ1/1
;;при щ21/2щ2 =1/R1C2.
Частоты среза определяются
;
Для реализации полосовых АФ широкое применение находят двойные Т-фильтры, т.е. 2Т-фильтры, рис.21.8.
В этой схеме 2Т-фильтр включен в цепь ООС. Следовательно при 100% ООС на всех частотах кроме f0 , Uвых полностью поступает на инвертирующий ход. В следствие чего это устройство работает как повторитель напряжения (К=1; КдБ=0). Так цепь ООС преобразовывает заграждающий фильтр в полосовой.
На квазирезонансной частоте f0 =1/(1/2RC) отсутствует ООС по цепи 2Т-фильтра ООС возникает через делитель R1R2. Отношением этих резисторов определяется К0. В результате имеем резонансную характеристику, приведенную на рис.12.8.
Рис. 21.8. Полосовой АФ с 2Т - фильтром в цепи ООС и его АЧХ
Для построения заграждающего (режекторного) АФ 2Т-фильтр включают в цепь межкаскадной связи, рис.21.9.
Рис.21.9. Режекторный активный фильтр и его АЧХ
В обеих схемах эквивалентная добротность АФ будет определяться выбором величины Ко=1+R2/R1. Квазирезонансная частота определяется элементами 2Т-фильтра (рис.21.9).
6. Общие сведения о регулировках тембра
Для высококачественного воспроизведения различных передач или записей необходимо регулировать частотную характеристику УНЧ, т.е. подстроить АЧХ усилителя под частотный спектр прослушиваемого сигнала. Это осуществляют при помощи регулятора тембра, представляющего собой активный фильтр на основе ОУ.
Заметное на слух изменение тембра происходит, если частотная характеристика K(f) изменяется не менее чем в 2 раза, т.е. на 6 дБ. Для изменения тембра звучания в широких пределах регуляторы тембра должны обеспечивать изменение усиления не менее чем на ±20 дБ. В современной высококачественной аппаратуре применяются довольно сложные устройства регуляторов тембра с использованием активных фильтров.
7. Принцип регулировки тембра на основе АФ
Для пояснения принципа регулировки тембра рассмотрим различные варианты включения RC - фильтров, рис.21.10, и изменения АЧХ при реализации этих вариантов, рис.21.11.
Рис.21.10. Варианты реализации регулировки тембра
Вариант а - усилитель с равномерной АЧХ, К0=-R2/R1.
Вариант б - усилитель с подъемом АЧХ на верхних частотах. С увеличением частоты сопротивление С1 уменьшается, следовательно, увеличивается
К ()=-R2/Z1; Z1=R1/(1+jщC1R1). Z1K().
Вариант в - усилитель с завалом АЧХ на верхних частотах. С увеличением частоты за счет уменьшения сопротивления С1 уменьшается Z2, вследствие чего возникает спад АЧХ на верхних частотах
К()=-Z2/R1; Z2=R2/(1+ jщR2C1). Z2K().
Вариант г - усилитель с завалом АЧХ на нижних частотах. При уменьшение частоты увеличивается комплексное сопротивление Z1=R1+1/ jщC1, вследствие чего уменьшается
K()=-R2/Z1. Z1K().
Вариант д - усилитель с подъемом АЧХ на низких частотах. С уменьшением частоты комплексное сопротивление Z2=R2+1/jщC1 возрастает, следовательно, увеличивается
K()=-Z2/R1. Z2K().
Изменение АЧХ при различных вариантах включения RC-фильтров рассмотрено на рис.21.11.
Рис. 21.11. Изменение АЧХ при различных вариантах включения RC-фильтров
8. Регулятор тембра на основе АФ
Объединив все пять вариантов включения RC-фильтров в одно устройство, получим универсальный широкораспространенный регулятор тембра, рис.21.12.
Рис. 21.12. Универсальный регулятор тембра
R2 - регулятор тембра на нижних частотах, a R5 - на верхних частотах. В среднем положении движков R2 и R5 влиянием емкостей можно пренебречь, следовательно реализуется вариант а.
В крайнем левом положении R2 замыкается С2 и цепь отрицательной обратной связи определяется элементами R1, C4 и R7: Z2=R7+1/jщC4, K()=-Z2/R1. С уменьшением щ увеличивается Z2, вследствие чего происходит подъем АЧХ K() на низких частотах. Таким образом, реализуется вариант д.
В положении движка R2 в крайнем правом замыкается C4 и цепь ООС определяется элементами R 1, C2 и R7 реализуется вариант г, где Z1=R1+1/ jщC2; K()=-R7/Z1. Следовательно, с уменьшением частоты Z1 возрастает, следовательно, уменьшается К().
В крайнем левом положении движка R5 К() в основном определяется С3: с увеличением частоты емкостное сопротивление Хс3 уменьшается, следовательно, K() увеличивается. В этом положении R5 реализуется вариант б.
В крайнем правом положении R5 К() определяется в основном C5.
С увеличением частоты уменьшается емкостное сопротивление С5, вследствие чего уменьшается K(). Таким образом, реализуется вариант в.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История возникновения и перспективные направления электрокардиографии. Сетевые помехи при регистрации и методы их устранения. Активные, пассивные и полосовые фильтры шумов при снятии электрокардиограммы. Борьба с помехами на собранном электрокардиографе.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 01.12.2014Характеристика акустооптических эффектов. Измерительные системы на основе акустооптических перестраиваемых фильтров. Использование акустооптических эффектов для измерения физических величин. Акустооптические фильтры для анализа изображений, спектроскопии.
реферат [649,7 K], добавлен 20.12.2015Сведения о простейших электрических фильтрах. Комплексный коэффициент передачи, частотные характеристики фильтра нижних частот. АЧХ и ФЧХ фильтра верхних частот и полосового фильтра. Расчет величин конденсаторов и сопротивлений при заданной частоте среза.
лабораторная работа [176,2 K], добавлен 22.10.2012Понятие и виды волноводных фильтров (ВДФ). Способы включения резонаторов в цепочку. Сущность, расчет и задачи синтеза ВДФ. Пример расчета полосно-пропускающего фильтра. Волноводно-микрополосковый переход. Критерий качества полосно-пропускающих фильтров.
дипломная работа [319,4 K], добавлен 15.07.2010Тиристорные однофазные двухполупериодные усилительно-преобразовательные устройства. Автоматизация электроснабжения: общие сведения работы схемы автоматического повторного включения. Устройство, принцип действия, конструкция магнитоуправляемых контактов.
контрольная работа [132,3 K], добавлен 16.02.2015Методы снижения помех. Пассивные помехоподавляющие устройства: фильтры, ограничители перенапряжения и экраны. Схемы помехоподавляющих фильтров низкой частоты и оценка вносимого затухания. Концепция ограничения перенапряжений и категории электропроводки.
презентация [2,2 M], добавлен 12.11.2013Работа с дискретными входами и кнопками управления, со светодиодными индикаторами и выходными реле. Принципиальная схема устройства. Описание внешней памяти программ. Определение параметров входных трансформаторов напряжения, активных полосовых фильтров.
курсовая работа [732,3 K], добавлен 10.06.2014Наука электротехника, её принципы и основные понятия. Основные электрические величины и их расчёт. Понятие электрической цепи, её элементы и их виды. Режимы работы активных элементов. Конструктивные особенности источника напряжения и источника тока.
лекция [115,7 K], добавлен 08.04.2012Сущность и виды электрических фильтров, их классификация по физическим свойствам и элементной базе. Реактивный двухполюсник, его характеристики, общие правила анализа. Условия фильтрации для реактивных четырехполюсников. Способы определения типа фильтров.
реферат [722,2 K], добавлен 04.06.2009Физические основы и принцип действия широкополосных фильтров. Метод расчета цепочных фильтров. Пример расчета фильтра нижних частот на заданные параметры. Построение полной характеристики затухания фильтра нижних частот. Расчет промежуточного полузвена.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.01.2011Рассмотрение основных особенностей изменения поверхности зонда в химически активных газах. Знакомство с процессами образования и гибели активных частиц плазмы. Анализ кинетического уравнения Больцмана. Общая характеристика гетерогенной рекомбинации.
презентация [971,2 K], добавлен 02.10.2013Свойства операционных усилителей, охваченных отрицательной обратной связью по напряжению. Линейные и нелинейные схемы. Повторители и сумматоры на основе ОУ. Логарифмические, антилогарифмические и функциональные усилители. Простейшие фильтры на основе ОУ.
лекция [210,3 K], добавлен 15.03.2009Фильтрация сигналов на фоне помех в современной радиотехнике. Понятие электрического фильтра как цепи, обладающей избирательностью реакции на внешнее воздействие. Классификация фильтров по типу частотных характеристик. Этапы проектирования фильтра.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.01.2010Понятие электрического фильтра. Выбор варианта фильтров в соответствии с требованиями. Моделирования фильтра в среде Еlektronics Workbench. Разработка и расчет фильтра высоких частот Чебышева. Разработка и расчет полосового фильтра Баттерворта.
курсовая работа [573,1 K], добавлен 15.07.2008Устройства дистанционной коммутации – общие сведения, внутреннее устройство и принцип работы, сферы практического применения. Технология монтажа тросовой электропроводки, светильников общего назначения. Требования безопасности при проведении работ.
контрольная работа [675,0 K], добавлен 23.02.2016Характеристика основных стадий гетерогенного взаимодействия - адсорбции, химической реакции и десорбции. Содержание теории активных центров Лангмюра-Хиншельвуда. Закономерности взаимодействия химически активных частиц с поверхностью в условиях плазмы.
презентация [691,9 K], добавлен 02.10.2013Общие теоретические сведения о линейных и нелинейных электрических цепях постоянного тока. Сущность и возникновение переходных процессов в них. Методы проведения и алгоритм расчета линейных одно- и трехфазных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 01.02.2012Расчет инжекционной горелки среднего давления. Требования к газопроводам, гидравлический расчёт газопровода. Подбор оборудования, регулятора давления газа, предохранительных клапанов, фильтров и дефлектора. Взрывобезопасность котельной установки.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 29.05.2015Понятие и функциональные особенности измерительных усилителей как устройств для прецизионного усиления разности потенциалов между двумя точками электрической цепи, их внутреннее строение и принцип действия. Фильтры на переключаемых конденсаторах.
реферат [208,4 K], добавлен 21.08.2015Свойства активных диэлектриков. Вещества, обладающие самопроизвольной поляризацией. Внешнее электрическое поле. Направление электрических моментов доменов. Применение сегнетоэлектриков для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов.
контрольная работа [22,4 K], добавлен 29.08.2010
