Полосно-подавляющие фильтры

1. ППФ с многопетлевой обратной связью (рис. 6.28).

Передаточная функция:

Общие свойства Достоинства Недостатки
Малые значения добротности. Применяется один ОУ. Требуются только два конденсатора. Необходимо точное согласование элементов. Малые значения добротности. Сложность настройки. Ослабляет сигналы в полосе пропускания.

 

Средняя частота подавления:

Коэффициент передачи в полосе пропускания:

 

Добротность:

Для получения нулевого коэффициента передачи (бесконечного ослабления) на частоте ω0 , должно выполняться соотношение:

Этот фильтр похож на рассмотренный ранее ПФ с многопетлевой обратной связью. Его можно рассматривать как комбинацию из полосового фильтра, собранного на основе инвертирующего входа ОУ, и линейного усилителя с постоянным коэффициентом передачи (определяемым резисторами R3 и R4), образованного неинвертируюшим входом ОУ. Сигнал ПФ вычитается из сигнала линейного усилителя. Для получения нулевого коэффициента передачи на частоте подавления должно соблюдаться приведенное выше соотношение между элементами. Неточности подбора номиналов элементов, их дрейф и старение приводят к значительному ухудшению свойств фильтра. Погрешности возрастают при увеличении добротности, поэтому фильтр оправдывает себя только при малых значениях QF. Кроме того, схема ослабляет сигналы и в полосе пропускания, ее коэффициет передачи не может быть больше единицы.

Настройка фильтра представляет определенные сложности из-за взаимозависимости его параметров. Рекомендуемая последовательность действий сводится к следующему:

-установить ω0 с помощью R1 или R3

-подстроить коэффициент подавления с помощью R3 или R4.

Эта процедура не позволяет установить конкретные значения QF и K, поэтому приходится довольствоваться получающимися значениями. При необходимости точно установить все параметры схемы придется настра­ивать ее последовательными приближениями.

Показанную на рис. 6.28 схему можно использовать в качестве фазового фильтра, если изменить соотношения между значениями элементов:

 

2. РФ с двойным Т-мостом (рис. 6.29).

(Разница между полосно-подавляющим (ППФ) и режекторным фильтром (РФ) с точки зрения их АЧХ сводится к ширине полосы подавления. Фильтры с узкой полосок, подобные рассматриваемому ниже, мы будем далее называть режекторными (РФ))

 

Передаточная функция:

Общие свойства Достоинства Недостатки
Неинвертирующий. Малые и средние значения добротности. Высокое входное сопротивление. Возможность регулировки добротности с помощью R2 Фиксированный коэффициент передачи (1). Необходимо тщательное согласование резисторов и конденсаторов. Необходимы два ОУ и три конденсатора.

Коэффициент передачи в полосе пропускания:

Частота режекции.

Добротность:

Эта схема применяется довольно широко, несмотря на то, что для нее необходимы два ОУ, три конденсатора и точное согласование значений резисторов и конденсаторов. Значение QF можно подстроить с помощью потенциометра R2, причем к =1 соответствует максимальному значению QFГлубина режекции также определяется положением движка потенциометра. В результате приходится идти на компромисс между глубиной и шириной полосы подавления.

Степень подавления сигнала на частоте режекции сильно зависит от точности подбора резисторов и конденсаторов. Небольшое рассогласование значений элементов не только уменьшает глубину режекции, но и приводит к появлению на высоких частотах пары полюс-нуль, что может привести к нестабильности схемы.

 

3. РФ на основе конверторов полного сопротивления (рис. 6.30).

 

Общие свойства Достоинства Недостатки
Неинвсртирующий. Возможны как малые, так и большие значения добротности. Невысокая чувствительность к отклонениям значений элементов от номиналов. Простота настройки. Большие QFдостигаются без чрезмерного расширения диапазона номиналов элементов. Требуются два ОУ. Фиксированный коэффициент передачи (1). Необходимы согласованные резисторы

 

Передаточная функция:

 
 

 


Коэффициент передачи

Частота режекции:

Добротность

Для получения максимального подавления сигнала на частоте ω0 необходимо, чтобы выполнялось соотношение:

В этой схеме можно получить большое значение QF, что достигается за счет введения дополнительного ОУ. Она обладает такими достоинствами, как хорошая частотная характеристика, низкая чувствительность к отклонениям значений элементов, относительная простота настройки и возможность получения большого значения QF без расширения диапазона номиналов элементов. Однако второй ОУ вносит дополнительные смещения и шумы, что может ограничить применение схемы в преци­зионных и малое игнальных устройствах.

Настройка.

Частота режекции ω0 устанавливается резистором R4. Максимального подавления на частоте режекции добиваются последовательной подстройкой R7и R8.

 

4. РФ с разными коэффициентами передачи на высокой частоте и на постоянном токе (рис. 6.31).

 

Общие свойства Достоинства Недостатки
Неинвертирующий. Разные коэффициенты передачи на постоянном токе и на высокой частоте. Достижимы как малые, так и большие значения добротности. Необходимы только два конденсатора. Невысокая чувствительность Q, K иω0 к отклонениям значений элементов от номиналов. Простота настройки. Большие значения добротности достигаются без чрезмерного расширения диапазона номиналов элементов.   Необходимы два ОУ.  

 

Передаточная функция:

Частота полюса:

Добротность:

Частота режекции на выходе ФНЧ:

Частота режекции на выходе ФВЧ:

 

Коэффициент передачи на постоянном токе:

- по выходу ФНЧ

- по выходу ФВЧ

Коэффициент передачи на высокой частоте:

К = 1 для обоих выходов.

Эта схема применяется в тех случаях, когда необходимо иметь различные коэффициенты передачи для сигналов с частотами, лежащими выше и ниже частоты режекции (т.е. на постоянном токе и на высокой частоте). Расчетые соотношения достаточно просты, и номиналы эле­ментов можно вычислить непосредственно.

Настройка схемы осуществляется в следующей последовательности:

настроить ωz с помощью R4,

настроить ωP с помощью R5,

настроить QFс помощью R8.