December 15 2017 04:12:39
Навигация
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
Линейные частотно-избирательные преобразователи
ЭЛЕКТРОНИКА- курс лекций

Линейные частотно-избирательные преобразователи применяются для выделения колебаний в заданном частотном диапазоне (фильтры), выполнения математических операций (интегрирование, дифференцирование), коррекции амплитудных и фазовых искажений в тракте передачи сигналов.

На начальных этапах развития электроники преимущественно применялись пассивные преобразователи вследствие их простоты и высокой надежности, несмотря на присущие ограничения и недостатки, связанные с влиянием переменной нагрузки и других факторов. В качестве примера проанализируем возможности устройства интегрирования сигнала на основе резистивно-емкостной цепи (рис.5.9,а).

img186

Рис. 5.9. Пассивный (а) и активный (б) интеграторы

Передаточная функция цепи имеет вид: img187.

Для сигналов, частотный спектр которых ограничен частотой img188, ее можно аппроксимировать зависимостью img189. Переход во временную область приводит к выражению:            img190,

которое описывает процедуру интегрирования входного напряжения. Полученное соотношение справедливо при работе без нагрузки (img191) в ограниченной полосе частот. Подключение нагрузки изменяет передаточную функцию img192 и, соответственно, условия применимости цепи для выполнения интегрирования.

Для уменьшения влияния внешних факторов интегратор строят на базе операционного усилителя с резистивно-емкостной обратной связью (рис.5.9,б). При использовании модели идеального ОУ схема имеет передаточную функцию, img193, где img194. В реальных приборах на передаточную функцию влияют параметры усилителя. Так учет конечного значения коэффициента усиления с использованием модели ИНУН приводит к выражению передаточной функции: img195,

которая тем больше отличается от передаточной функции идеального интегратора, чем меньше значение коэффициента усиления ОУ.

Частотные электрические фильтры и корректоры формы сигналов, выполненные на конструктивно завершенных пассивных компонентах (конденсаторах и индуктивностях) широко распространены в силовых преобразователях. Они обладают стабильно высокими параметрами, и для их проектирования используется хорошо разработанная теория пассивных LC-цепей. В информационных устройствах индуктивности, имеющие значительные габариты, часто заменяются резисторами. Основные недостатки полученных RC фильтров заключаются в существенном ослаблении сигнала в полосе пропускания и малой крутизне частотных характеристик в переходных зонах. Для увеличения крутизны характеристики применяется каскадное соединение звеньев с использованием межкаскадных усилителей, устраняющих взаимовлияние звеньев и повышающих коэффициент передачи в среднечастотном диапазоне.

Частотные методы обработки аналоговых сигналов в микроэлектронике реализуются с помощью активных RC - фильтров, построенных на базе ОУ с резистивно-емкостными цепями обратной связи. Такие фильтры выпускают в виде конструктивно завершенных ИМС с возможностью настройки параметров с использованием внешних компонентов.

Сложные фильтры, обеспечивающие заданные характеристики, часто проектируют на основе каскадного соединения типовых звеньев второго порядка. Различные фильтры второго порядка строят, как правило, на единственном ОУ с резистивно-емкостной цепью обратной связи, которая описывается дифференциальным уравнением второго порядка.


Рис. 5.10. Структура (а), эквивалентная схема (б) и АЧХ (в) звена ФНЧ второго порядка

Фильтр второго порядка нижних частот (ФНЧ) имеет в продольных ветвях резисторы, обеспечивающие прохождение сигнала нулевой частоты (постоянной составляющей) и емкости в поперечных ветвях, дающие ослабление высокочастотных составляющих (рис.5.10,а).

Замена усилителя на ОУ с резистивным делителем в цепи ООС моделью в виде ИНУН с коэффициентом img196приводит к упрощенной схеме (рис.5.10,б). Составив узловые уравнения, путем их преобразования несложно записать передаточную функцию:

img197,

Переход в область вещественной частоты ω приводит к канонической форме представления амплитудно-частотной характеристики ФНЧ:

img198.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.

Время загрузки: 0.03 секунд 2,297,520 уникальных посетителей