Схема активного фільтра першого порядку (див. рис. 2.6, а) являє собою пасивний фільтр, який навантажений операційним підсилювачем, що працює в якості буферу (повторювач напруги, який усуває вплив навантаження). Якщо вважати цю схему ідеальною (рис. 2.7) (нехтуємо паразитними елементами та частотними обмеженнями реальних компонентів) то коефіцієнт передачі в частотній області можна записати у вигляді

,

для розрахунку АЧХ приймається

.

АЧХ у логарифмічному масштабі (ЛАЧХ) визначається як

.

Графік ЛАЧХ наведений на рис. 2.8.

Для розрахунку АЧХ фільтру другого порядку (див. рис. 2.6, б) необхідно скласти систему рівнянь за методом вузлових потенціалів для схеми рис. 2.9. Знехтувавши певними елементами (в тому числі вхідним опором ОП) залишили  – вихідний опір ОП, без якого розрахунок стає більш складним (інакше вихідний вузол виявиться підключеним до землі через нескінченну провідність ідеального керованого джерела , через що, це джерело необхідно буде «проносити» через вузол в гілки де є опори).

Складаємо систему рівнянь у матричному вигляді за методом вузлових потенціалів

,

врахуємо, що

,

де  власний коефіцієнт підсилення ОП.

Тоді

.

Розв’язавши систему рівнянь можемо визначити коефіцієнт передачі у частотній області

.

Якщо прийняти, що , то

.

АЧХ має вигляд

.

Графік ЛАЧХ для даного фільтру наведений на рис. 2.8.

2.2.5 Висновки

З графіків АЧХ видно (див. рис. 2.8), що обидва фільтра мають частоту зрізу близьку до заданої в умові , але в реальній схемі вона може помітно відрізнятися, особливо тоді, коли необхідне велике її значення, яке досягається зменшенням ємностей, а це в свою чергу призведе до більшого впливу паразитних ємностей і т. д.

2.3    RC–генератори

2.3.1 Завдання.

Частота генерації , .................................................................. 30

Вихідна напруга , ......................................................................... 3

Схема генератора представлена на рис. 2.10.

2.3.2 Методика розрахунку

Генератор з мостом Віна. В схемі (рис. 2.10) RC–генератора використовується частотно–залежний позитивний зворотній зв'язок (міст Віна) і частотно–незалежний негативний зворотній зв'язок (НЗЗ) за допомогою резисторів  та . Для зменшення нелінійних спотворень в ланцюгу НЗЗ резистор  шунтується двома зустрічно ввімкненими стабілітронами ,  з напругою стабілізації . Коли напруга на виході ОП стає більше  стабілітрон (в залежності від полярності ) відкривається та шунтує резистор , зменшуючи тим самим коефіцієнт підсилення і попереджує досягнення  рівня . Резистор  дозволяє регулювати амплітуду вихідної напруги  віл  до .

Вибір та розрахунок допоміжних параметрів.

Приймаємо

, .

Обрана модель операційного підсилювача: К140УД9

Вхідний струм , ........................................................................ 350

Різниця вхідних струмів, .....................................................

Вхідний опір , ......................................................................

Напруга зміщення нуля , .........................................................

Коефіцієнт підсилення напруги .........................................

Коефіцієнт ослаблення синфазних вхідних напруг , ............. 80

Частота одиничного підсилення , ..........................................

Вихідний опір , ....................................................................... 150

Максимальний вихідний струм , .......................................... 22

Максимальна вихідна напруга , ..........................................

Максимальна вхідна диференціальна напруга , ................

Напруга живлення , .................................................................

Струм споживання , ...................................................................

Вибір стабілітрона:

, ,

таку напругу стабілізації має стабілітрон КС139А.

Розрахунок опорів та ємностей

, ;

, .

Резистори ,  обираються у відповідності з умовами

;      ,

де ,  – вхідний, вихідний опір ОП.

Обираємо

, .

При таких значеннях опорів вказані вище умови виконуються:

;

.

2.3.3 Кінцева схема з вказаними номіналами елементів

Схема представлена на рис. 2.11.

2.3.4 Амплітудно-частотна характеристика фазозсуваючого ланцюга

Для визначення АЧХ ланцюга (рис. 2.12) представимо його у більш загальному вигляді в частотній області (рис. 2.13). Де

, .

Тоді вихідну напругу можна розрахувати виходячи з уявлень про дільник напруги

,

А коефіцієнт передачі

,

;

АЧХ

.

Графік АЧХ наведений на рис. 2.14.

2.3.5 Висновки

Як видно з АЧХ (див. рис. 2.14), міст Віна являє собою смуговий фільтр, тому при використанні в ланцюгу зворотного зв’язку генератора дозволяє генерацію лише певних частот.

Висновки по роботі

Використання операційних підсилювачів в різноманітних схемах дозволяє спростити розрахунок цих схем, адже на відміну від транзисторів та інших дискретних активних елементів, операційні підсилювачі мають параметри близькі до ідеальних (надзвичайно великий вхідний опір, малий вихідний опір, дуже велике значення коефіцієнту підсилення та відсутність власного зворотного зв’язку). На ОП можна будувати звичайні підсилювачі, фільтри, генератори, інвертори імпедансу та інші схеми, до того ж в інтегральному виконанні. В той час як розрахунок найпростішої схеми на одному транзисторі потребує застосування графоаналітичного методу і в цілому є дуже складним.

Список літератури

1.       Терещук Р.М, Терещук К.М., «Полупроводниковые приемно-усилительные устройства». «Наукова думка», Киев, 1987.

2.       Гусев В.Г., Гусев Ю.М., «Электроника». «Высшая школа», Москва, 1991.

3.       Галкин В.И., Булычев А.Л., «Полупроводниковые приборы». «Беларусь» Минск 1987.

Страницы: 1, 2, 3, 4