Функциональные устройства на ОУ (стр. 2 из 2)
Передаточную функцию фильтра первого порядка можно записать как
, фильтра второго порядка 
. Весовые коэффициенты a и b определяются параметрами схемы.Рассмотрим пример реализации фильтра первого порядка. Он состоит из интегрирующей цепочки R1C и усилителя на ОУ с цепью ОС R2, и R3.
Передаточная функция интегрирующей цепочки
Коэффициент усиления усилителя 
.Тогда результирующая передаточная функция фильтра 
где
, 
.Рассмотрим пример реализации фильтра второго порядка. Он состоит из двух интегрирующих цепочек (R1C1, ОУ и R2C2) и усилителя (R3, R4, ОУ). В данной схеме ОУ участвует в формировании АЧХ фильтра. Емкость C1 формирует переходную область АЧХ. Переходная область будет меньше, чем у фильтра первого порядка. Фильтры высших порядков можно получить каскадным соединением фильтров первого и второго порядков. Величина порядка влияет в основном на длительность переходной полосы.
2) Фильтры верхних частот
Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ.
Полоса пропускания
; переходная область АЧХ 
; полоса задерживания 
.Передаточные функции ФВЧ можно получить из передаточных функций ФНЧ заменой
. Тогда передаточная функция ФВЧ первого порядка 
, второго порядка 
Приведем схемы ФВЧ. Он состоит из дифференцирующей цепочки R1C и усилителя на R2, R3 и ОУ.
Коэффициент передачи дифференцирующей цепи
коэффициент усиления усилителя 
.Тогда результирующий коэффициент передачи фильтра
где
, 
.ФВЧ второго порядка состоит из двух дифференцирующих цепей (R1C1и R2C2) и усилителя (R3, R4 и ОУ). Цепь обратной связи на сопротивлении R1 позволяет формировать переходную область АЧХ, за счет чего она меньше, чем у ФВЧ первого порядка.
3) Полосовые фильтры
Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.
Полосовой фильтр имеет две частоты среза:
и 
. Полоса пропускания фильтра 
. Ширина полосы пропускания 
. Центральная частота 
. Переходные области 
, 
. Полосы задерживания 
и 
. Добротность фильтра можно определить как 
.Рассмотрим пример реализации полосового фильтра второго порядка.
Цепь R1, C1и ОУ представляют собой интегрирующий усилитель, пропускающий низкие частоты; цепь R3, C2 и ОУ образуют дифференцирующий усилитель, пропускающий высокие частоты; результирующая АЧХ будет избирательной.
Центральная частота
, где 
. Тогда 
Величина сопротивления R2 устанавливает соотношение между интегрирующей и дифференцирующей частью. R1R2 – делитель, от коэффициента передачи которого зависит напряжение на емкости C2, т.е. на дифференцирующей цепи.
4) Режекторные фильтры
Используют те же виды аппроксимации, что и для ФНЧ и ФВЧ.
Полоса задерживания
; полосы пропускания 
и 
. Переходные области АЧХ 
, 
. Добротность фильтра можно определить как 
, где полоса фильтра 
.Режекторные фильтры обычно выполняют четного порядка. Рассмотрим режекторный фильтр второго порядка. Передаточная функция фильтра
.По постоянному току в фильтре – 100%-я обратная связь, K=1, что является недостатком. Достоинство данного фильтра в том, что он неинвертирующий.
5. Компараторы сигналов
Компараторы сигналов осуществляют сравнение сигналов. Применяются в аналого-цифровых преобразователях, стабилизаторах напряжения, пороговых устройствах. Сигнал на выходе компаратора может принимать два состояния: единичное (
) и нулевое ( 
). При сравнении двух напряжений 
и 
компаратор будет работать следующим образом: если 
, т.е. 
, то 
; если 
, т.е. 
, то 
; если 
, т.е. 
, то компаратор находится в состоянии переключения.В качестве компаратора обычно используются операционные усилители без обратной связи. Коэффициент усиления
, при малых сигналах он работает в режиме усиления. В реальных компараторах могут возникать ошибки 
на входе, смещающие характеристику компаратора.Рассмотрим различные типы компараторов.
Диоды не имеют непосредственного отношения к работе компаратора, они защищают операционный усилитель от перегрузки. При наличии разницы на входе
на выходе операционного усилителя – состояние насыщения, в зависимости от знака на выходе будет либо 
, либо 
. При равенстве сигналов компаратор будет находиться в состоянии переключения ( 
), что будет при равных и противоположных токах через сопротивления R1 иR2, т.е. 
, тогда 
. Если сопротивления равны, т.е. R1=R2, то 
.Для сравнения напряжений любого знака необходимо использовать оба входа операционного усилителя.
Пороговое устройство сравнивает входное напряжение с постоянным напряжением.
Нуль – индикатор (детектор фиксации нуля) сравнивает напряжение на входе с нулем.
Компаратор с положительной обратной связью.
Строится на основе одновходового инвертирующего компаратора. Защитные диоды не показаны для простоты. Положительная обратная связь применяется для повышения быстродействия и помехоустойчивости (по отношению к внешним помехам и собственным шумам). Точка переключения на сквозной характеристике смещается на величину
. То есть на неинвертирующем входе всегда присутствует напряжение 
за счет положительной обратной связи; чтобы компаратор переключился, дифференциальное напряжение между входами должно составлять величину 
. Данный компаратор также является нуль-индикатором. Компаратор срабатывает, когда напряжение 
превышает величину 
. Компаратор с ПОС называется компаратором с защелкиванием или регенерацией. Его передаточная характеристика имеет вид петли гистерезиса.Обычно компараторы характеризуются временем задержки tз – время равенства входных напряжений до достижения выходным напряжением заданного уровня (50%).
В компараторах применяются обычные операционные усилители (напряжение открывания транзисторов0,7 B) и специальные операционные усилители на диодах Шотки (напряжение открывания транзисторов 0,3 B).Особую группу составляют так называемые стробирующие компараторы, которые срабатывают при подаче стробирующих импульсов и запоминают напряжение до следующего стробирующего импульса.
Литература
1.В. Майоров, С. Майоров – Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах
2.Расчет схем на транзисторах. Пер. с англ. – М.: Энергия, 1969
3.Цыкин Г.С. Электронные усилители – М.: Связь, 1965
4.Ксояцкас А.А. Основы радиоэлектроники – М.: В.Ш., 1988