Функциональные устройства на ОУ (стр. 2 из 2)

Передаточную функцию фильтра первого порядка можно записать как

, фильтра второго порядка . Весовые коэффициенты a и b определяются параметрами схемы.

Рассмотрим пример реализации фильтра первого порядка. Он состоит из интегрирующей цепочки R1C и усилителя на ОУ с цепью ОС R2, и R3.

Передаточная функция интегрирующей цепочки

Коэффициент усиления усилителя

.Тогда результирующая передаточная функция фильтра

где

, .

Рассмотрим пример реализации фильтра второго порядка. Он состоит из двух интегрирующих цепочек (R1C1, ОУ и R2C2) и усилителя (R3, R4, ОУ). В данной схеме ОУ участвует в формировании АЧХ фильтра. Емкость C1 формирует переходную область АЧХ. Переходная область будет меньше, чем у фильтра первого порядка. Фильтры высших порядков можно получить каскадным соединением фильтров первого и второго порядков. Величина порядка влияет в основном на длительность переходной полосы.

2) Фильтры верхних частот

Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ.

Полоса пропускания

; переходная область АЧХ ; полоса задерживания .

Передаточные функции ФВЧ можно получить из передаточных функций ФНЧ заменой

. Тогда передаточная функция ФВЧ первого порядка , второго порядка

Приведем схемы ФВЧ. Он состоит из дифференцирующей цепочки R1C и усилителя на R2, R3 и ОУ.

Коэффициент передачи дифференцирующей цепи

коэффициент усиления усилителя .

Тогда результирующий коэффициент передачи фильтра

где

, .

ФВЧ второго порядка состоит из двух дифференцирующих цепей (R1C1и R2C2) и усилителя (R3, R4 и ОУ). Цепь обратной связи на сопротивлении R1 позволяет формировать переходную область АЧХ, за счет чего она меньше, чем у ФВЧ первого порядка.

3) Полосовые фильтры

Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.

Полосовой фильтр имеет две частоты среза:

и . Полоса пропускания фильтра . Ширина полосы пропускания . Центральная частота . Переходные области , . Полосы задерживания и . Добротность фильтра можно определить как .

Рассмотрим пример реализации полосового фильтра второго порядка.

Цепь R1, C1и ОУ представляют собой интегрирующий усилитель, пропускающий низкие частоты; цепь R3, C2 и ОУ образуют дифференцирующий усилитель, пропускающий высокие частоты; результирующая АЧХ будет избирательной.

Центральная частота

, где . Тогда

Величина сопротивления R2 устанавливает соотношение между интегрирующей и дифференцирующей частью. R1R2 – делитель, от коэффициента передачи которого зависит напряжение на емкости C2, т.е. на дифференцирующей цепи.

4) Режекторные фильтры

Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.

Полоса задерживания

; полосы пропускания и . Переходные области АЧХ , . Добротность фильтра можно определить как , где полоса фильтра .

Режекторные фильтры обычно выполняют четного порядка. Рассмотрим режекторный фильтр второго порядка. Передаточная функция фильтра

.

По постоянному току в фильтре – 100%-я обратная связь, K=1, что является недостатком. Достоинство данного фильтра в том, что он неинвертирующий.

5. Компараторы сигналов

Компараторы сигналов осуществляют сравнение сигналов. Применяются в аналого-цифровых преобразователях, стабилизаторах напряжения, пороговых устройствах. Сигнал на выходе компаратора может принимать два состояния: единичное (

) и нулевое ( ). При сравнении двух напряжений и компаратор будет работать следующим образом: если , т.е. , то ; если , т.е. , то ; если , т.е. , то компаратор находится в состоянии переключения.

В качестве компаратора обычно используются операционные усилители без обратной связи. Коэффициент усиления

, при малых сигналах он работает в режиме усиления. В реальных компараторах могут возникать ошибки на входе, смещающие характеристику компаратора.

Рассмотрим различные типы компараторов.

Диоды не имеют непосредственного отношения к работе компаратора, они защищают операционный усилитель от перегрузки. При наличии разницы на входе

на выходе операционного усилителя – состояние насыщения, в зависимости от знака на выходе будет либо , либо . При равенстве сигналов компаратор будет находиться в состоянии переключения ( ), что будет при равных и противоположных токах через сопротивления R1 иR2, т.е. , тогда . Если сопротивления равны, т.е. R1=R2, то .

Для сравнения напряжений любого знака необходимо использовать оба входа операционного усилителя.

Пороговое устройство сравнивает входное напряжение с постоянным напряжением.

Нуль – индикатор (детектор фиксации нуля) сравнивает напряжение на входе с нулем.

Компаратор с положительной обратной связью.

Строится на основе одновходового инвертирующего компаратора. Защитные диоды не показаны для простоты. Положительная обратная связь применяется для повышения быстродействия и помехоустойчивости (по отношению к внешним помехам и собственным шумам). Точка переключения на сквозной характеристике смещается на величину

. То есть на неинвертирующем входе всегда присутствует напряжение за счет положительной обратной связи; чтобы компаратор переключился, дифференциальное напряжение между входами должно составлять величину . Данный компаратор также является нуль-индикатором. Компаратор срабатывает, когда напряжение превышает величину . Компаратор с ПОС называется компаратором с защелкиванием или регенерацией. Его передаточная характеристика имеет вид петли гистерезиса.

Обычно компараторы характеризуются временем задержки tз – время равенства входных напряжений до достижения выходным напряжением заданного уровня (50%).

В компараторах применяются обычные операционные усилители (напряжение открывания транзисторов0,7 B) и специальные операционные усилители на диодах Шотки (напряжение открывания транзисторов 0,3 B).Особую группу составляют так называемые стробирующие компараторы, которые срабатывают при подаче стробирующих импульсов и запоминают напряжение до следующего стробирующего импульса.

Литература

1.В. Майоров, С. Майоров – Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах

2.Расчет схем на транзисторах. Пер. с англ. – М.: Энергия, 1969

3.Цыкин Г.С. Электронные усилители – М.: Связь, 1965

4.Ксояцкас А.А. Основы радиоэлектроники – М.: В.Ш., 1988