13.3. Активные фильтры

13.3. Активные фильтры

Шаг 1 Существует много способов реализации активных фильтров. Все они имеют одно общее свойство: их трудно рассчитывать. В данном разделе будет произведен расчет параметров фильтра путем проведения серии испытаний.

Возьмем за основу, пожалуй, наиболее распространенную структуру активного фильтра, а именно универсальный фильтр, изображенный на рис. 13.11.

Рис. 13.11. Универсальный фильтр, реализованный с помощью сумматора и двух интеграторов

В зависимости от того, какое место схемы определяется в качестве выхода, он работает как фильтр верхних частот, фильтр нижних частот или как полосовой фильтр.

Для случая, когда все резисторы и все конденсаторы имеют одинаковые значения, необходимо выяснить, какое значение следует задать для постоянной времени t=RC, чтобы получить фильтр нижних частот с граничной частотой 1 кГц. После проведения серии испытаний было найдено подходящее значение сопротивления R=15 кОм (рис. 13.12).

Рис. 13.12. Частотная характеристика фильтра нижних частот; R=15 кОм и С=10 нФ; граничная частота находится на уровне значения 1 кГц

Анализ переходных процессов (рис. 13.13) позволил выявить один недостаток этой схемы: выходное напряжение сдвинуто по фазе по отношению к входному напряжению на 180°. Для многих применений это не является помехой. Но если вы намерены решить с помощью предложенной схемы какую-либо фазочувствительную проблему, то вам придется включить после выхода фильтра еще один инвертирующий усилитель. К сожалению, такой случай вы уже не сможете смоделировать с помощью демонстрационной версии PSPICE, так как пришлось бы установить в одной схеме четыре операционных усилителя uA741. В виртуальной лаборатории spicelab есть упрощенная модель этого усилителя, благодаря чему вы сможете моделировать схемы, содержащие до пяти подобных элементов. На случай, если и этого окажется недостаточно, в spicelab есть также модель идеального операционного усилителя. Как известно, такой усилитель имеет бесконечно высокое усиление, бесконечно высокое входное сопротивление и выходное сопротивление, равное 0 Ом. При расчетах схем с операционными усилителями почти всегда исходят именно из этих значений, и в большинстве случаев их вполне достаточно и для моделирования. Вы сможете установить в одной схеме немало таких идеальных усилителей, прежде чем столкнетесь с ограничениями демонстрационной версии.

Рис. 13.13. Входное и выходное напряжение фильтра нижних частот; напряжения сдвинуты по фазе