информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

аватар: Пчелкин Петр Александрович

Пчелкин Петр Александрович БМП-109

Фильтры информативной электроники чаще разрабатывают при использовании активных элементов. При этом широко используют операционные усилители.
Фильтры, содержащие активные элементы, называют активными. В современных конструкциях фильтров обычно не используют катушки индуктивности из-за их больших габаритов и высокой трудоемкости изготовления. Поэтому активные фильтры могут быть изготовлены с применением технологии интегральных микросхем. Нередко активные фильтры оказываются дешевле соответствующих фильтрах на пассивных элементах. Они невелики по массе и занимают меньшие объемы. Активные фильтры способны усиливать сигнал, лежащий в полосе пропускания. Во многих случаях их достаточно легко настроить.
К недостаткам активных фильтров можно отнести:
- использование источника питания;
- невозможность работы на таких высоких частотах, на которых используемые операционные усилители уже не способны усиливать сигнал: их рабочий диапазон частот ограничен сверху максимальной рабочей частотой операционного усилителя.
Обычно выделяют следующие три типа фильтра:
- фильтр нижних частот (ФНЧ), пропускающий все частоты ниже выбранного значения wc и подавляющий высшие частоты;
- фильтр верхних частот (ФВЧ), пропускающий все частоты выше выбранного значения и подавляющий нижние частоты;
- полосовой фильтр (ПФ), пропускающий выбранную полосу частот и подавляющий нижние и верхние частоты.
В таблице 1 укажем достоинства и недостатки вышеуказанных типов фильтров:
 
Таблица 1 – Достоинства и недостатки фильтров Саллена-Кея

Фильтр Достоинства Недостатки
ФНЧ - высокое входное сопротивление;
- относительно небольшой диапазон номинальных элементов.
- относительно высокая чувствительность к разбросу значений элементов;
- ограниченные возможности реализации фильтров с К<1;
- легко настраиваются только два параметра.
ФВЧ - относительно небольшой диапазон номиналов элементов. - относительно высокая чувствительность Q к отклонениям значений элементов;
- не удаётся перекрыть весь диапазон возможных значений. К, w и Q.
ПФ - относительно небольшой диапазон номиналов элементов. - относительно высокая параметрическая чувствительность к паразитным параметрам ОУ;
- температурные коэффициенты пассивных RC элементов не позволяют компенсировать возникающие под действием ОУ изменения не только АЧХ, но и ФЧХ в полосе пропускания

Проектирование активного фильтра включает в себя два этапа – этап аппроксимации, в котором по заданным техническим требованиям к амплитудно-частотной, фазо-частотной характеристике или характеристике затухания синтезируется передаточная функция и этап реализации, в котором выбирается схема активного фильтра, воспроизводящая выбранную передаточную функцию.
Фильтр Саллена-Кея – один из типов активных электронных фильтров. Данный фильтр назван в честь двух исследователей из Массачусетского Технологического Института, одного из самых престижных технических учебных заведений США и мира, представившего его в 1955 году.
Различают фильтры по числу полюсов на частотной характеристике — фильтры первого порядка, второго и более высоких порядков. Фильтры высоких порядков имеют более крутые границы полос пропускания и затухания и более плоскую характеристику в области полосы пропускания, что, естественно, улучшает качество фильтра. К таким фильтрам относятся фильтры Чебышева, Баттерворта, Бесселя и др.
Несмотря на то, что фильтры, о которых пойдёт речь, имеют коэффициент усиления в полосе пропускания равный единице (0 дБ), это сделано лишь для удобства. Реальные фильтры Саллена-Кея имеют произвольный коэффициент усиления, в отличие от фильтра Баттерворта с единичным коэффициентом.
Реализуется данный тип фильтра в виде простой схемы с двумя резисторами, двумя конденсаторами и активным элементом. В качестве активного элемента в данном случае рассмотрим операционный усилитель – усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. Они почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. На рисунке 1 показано схематичное изображение операционного усилителя.

Рисунок 1 - Обозначение операционного усилителя на схемах
 
Выводы имеют следующие значения:
- V+: неинвертирующий вход;
- V-: инвертирующий вход;
- Vout: выход;
- Vs+: плюс источника питания;
- Vs-: минус источника питания.
Отдельный фильтр Саллена-Кея представляет собой фильтр с передаточной функцией второго порядка. Фильтры более высокого порядка могут быть получены включением элементарных фильтров последовательно. Такая топология известна как VCVS-фильтр (англ. voltage controlled voltage source).

Список использованной литературы:
1. Зеленин А.Н, Костромицкий А.И, Бондарь Д.В. Активные фильтры на операционных усилителях. – Х.: Телетех, 2000. - 136 с.
2. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1992. – 309 с.
3. Р. Богнер, А. Константинидис Введение в цифровую фильтрацию. — Москва: Мир, 1996.

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

3 + 0 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии