Общие сведения об активных фильтрах

Для получения избирательных характеристик в обычной схемотехнике широко используются LС - фильтры. Однако в интегральной схемотехнике индуктивности трудно реализуемы.

Поэтому в интегральной схемотехнике широкое применение находят активные фильтры, представляющие собой пассивные RС - фильтры, включенные в цепи инвертирующих и неинвертирующих усилителей. Другими словами, активные фильтры - это усилители на основе ОУ в сочетании с пассивными RС - фильтрами. Активные фильтры (АФ) находят самое широкое применение в качестве УВЧ, УПЧ, регуляторов тембров и т.д. Избирательная АЧХ АФ реализуется благодаря применению RС - пассивных фильтров. Следовательно, для анализа АФ необходимо знать характеристики пассивных фильтров.

К преимуществам активных фильтров относятся:

- способность усиливать сигнал, лежащий в полосе их пропускания;

- возможность отказаться от применения таких нетехнологичных элементов, как индуктивности, использование которых несовместимо с методами интегральной технологии;

- легкость настройки;

- малые масса и объем, которые слабо зависят от полосы пропускания, что особенно важно при разработке устройств, работающих в низкочастотной области;

- простота каскадного включения при построении фильтров высоких порядков.

Недостатки:

- невозможность использования в силовых цепях, например в качестве фильтров выпрямителей;

- необходимость источника, предназначенного для питания усилителя;

- ограниченный частотный диапазон, определяемый собственными частотными свойствами используемых усилителей.

Несмотря на перечисленные недостатки, активные фильтры находят широкое практическое применение. 

Пассивные RС – фильтры

Различают: фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых располагается в области нижних частот; фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигналы высоких частот; полосовые и заграждающие (режекторные фильтры).

Рассмотрим схему ФНЧ, рис. 1a.

Рис.11.1. ФНЧ и его передаточная характеристика (АЧХ)

Комплексный коэффициент передачи этого RC-фильтра определяется:

K ( jω )= U _вых / U _вх =1/(1+ jωRC ).

Передаточная характеристика ФНЧ имеет выражение:

                            (11.1)

где f_c - частота среза, равная 1/2 p RC.

В соответствии с выражением (1) построим передаточную характеристику ФНЧ, рис. 1,б.

При частотах f << f_c f / f_c <<1; K ( f )=1 K _дБ=0,

При частотах f >> f_c f / f_c >>1; K(f )= f_c / f .

Полоса пропускания фильтра определяется частотой среза. При дальнейшем увеличение частоты имеет место затухание сигнала, т.е. спад частотной характеристики 20 дБ/дек. Если ФНЧ имеет несколько звеньев, то спад АЧХ равен n 20 дБ/дек.

Рассмотрим принципиальную схему ФВЧ, рис. 11.2.

Рис. 11.2. ФВЧ и его передаточная характеристика (АЧХ)

Передаточная характеристика ФВЧ определяется выражением

В области низких частот, где при f << f _с f _с / f <<1 K (ω)=ω RC ; K(f )= f / f_c;

при f >> f_c f_c / f >>1 K ( ω )=1; K _дБ =0 дБ.

Для построения полосовых и заграждающих АФ широкое применение находит 2Т фильтр, рис. 3.

Рис. 11.3. 2Т-фильтр и его передаточная характеристика