ТИПОВЫЕ ЗВЕНЬЯ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Цель и задачи работы.
Изучение функционирования и принципиальных электрических схем типовых звеньев активных электрических фильтров первого и второго порядков, приобретение навыков по исследованию электрических схем с помощью электроизмерительных приборов.
2. Теоретические сведения.
ТИПОВЫЕ ЗВЕНЬЯ ПЕРВОГО ПОРЯДКА
Интегрирующее звено
Схема, реализующая передаточную функцию интегрирующего звена 
, изображена на рис.1.
Рис. 1. Схема интегрирующего звена
Найдем передаточную функцию, учитывая сопротивление утечки 
, обусловленное тем, что реальный конденсатор имеет конечное сопротивление изоляции
, (1)
где 
- коэффициент передачи операционного усилителя без обратной связи; s – оператор Лапласа.
Из передаточной функции (1) следует, что вследствие конечного коэффициента передачи операционного усилителя коэффициент передачи интегратора будет отличаться от номинального, а наличие сопротивления утечки ограничивает частотный диапазон интегратора снизу.
Для уменьшения погрешностей интегратора следует выбирать усилитель с максимальным значением и увеличивать сопротивление R. Однако увеличение этого сопротивления приводит к увеличению дрейфа интегратора за счет разности входных токов операционного усилителя.
Для уменьшения влияния входных токов и напряжения смещения, которые будут интегрироваться наравне с полезным сигналом, неинвертирующий вход заземляют через сопротивление 
, примерно равное 
, и тем уменьшают влияние входных токов примерно в 4–6 раз. Небольшой подстройкой можно полностью скомпенсировать влияние разности входных токов ОУ, и тогда остается нескомпенсированным только дрейф разности входных токов, который обычно меньше самой разности.
|
|
|
В процессе работы, с некоторого момента времени усилитель входит в область насыщения, и его выходное напряжение ограничивается максимальным значением, близким к напряжению питания. После достижения этого напряжения интегратор перестает выполнять свои функции и его надо возвратить в исходное состояние, разрядив конденсатор С.
Дифференцирующее звено
Схема дифференцирующего звена приведена на рис.2.
Рис. 2. Схема реализации дифференцирующего звена
Из представленной на рис.2 схемы найдем ее передаточную функцию
. (2)
Практическое применение схемы ограничено, так как фазовый сдвиг дифференцирующего конденсатора, равный 90о, суммируется со сдвигом фазы, создаваемым внутренними цепями усилителя, и достигающим на определенных частотах 90о. В результате схема может самовозбуждаться. Для обеспечения устойчивости последовательно с емкостью 
включают сопротивление 
. Это сопротивление ограничивает коэффициент передачи звена на высоких частотах, при которых падение напряжения на конденсаторе значительно меньше падения напряжения на сопротивлении . В результате коэффициент усиления на высоких частотах ограничивается значением 
. Сопротивление 
выбирают исходя из частоты, на которой пересекаются ЛАЧХ идеального дифференциатора и ЛАЧХ усилителя. В области нижних частот рабочий диапазон дифференцирующего звена ограничен сопротивлением утечки конденсатора, как и в случае с интегратором.
|
|
|
Форсирующее звено с передаточной функцией 
синтезируют, отталкиваясь от дифференцирующего звена, добавляя еще один путь от входа к выходу (табл.1, схема 2). В эту схему сопротивление 
вводится исходя из тех же соображений, что и сопротивление 
в схему на рис.2.
Таблица 1
| № | Схема | Передаточная функция |
| 1 | 
| 
|
| 2 | 
| 
|
| 3 | 
| 
|
| 4 | 
| 
|
| 5 | 
|  ,
|
Звенья инерционного типа
Инерционное звенос передаточной функцией 
может быть получено из интегратора, имеющего передаточную функцию 
, если ввести еще один контур, реализующий коэффициент 
. Схема, удовлетворяющая этим требованиям, приведена в табл.1 под №1. Передаточные функции в табл.1 приведены при условии, что 
.
|
|
|
Инерционно-дифференцирующее звено, имеющее передаточную функцию вида 
, можно получить, объединив схемы дифференцирующего и инерционного звеньев. Реализация такого звена показана в табл.1 под №3.
Инерционно-форсирующее звеноможно синтезировать из предыдущего звена введением дополнительного пути от входа к выходу схемы с весом 
. Ясно, что вес пути не содержит реактивной проводимости, поэтому 
. Реализация желаемой передаточной функции показана в табл.1 под №4.
Фазовращающее звено
Фазовращатель имеет передаточную функцию вида 
, причем должны выполняться условия 
и 
. Наличие отрицательного и положительного слагаемых в числителе передаточной функции говорит о невозможности реализовать его только с помощью инвертирующего усилителя. Следовательно, при синтезе звена на ОУ используют инвертирующий и неинвертирующий входы. Реализация фазовращающего звена приведена в табл.1 под №5.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 869; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!