Filtru Rc

Filtre active RC

Filtrele active RC sunt utilizate la frecvențe sub 100 kHz. Utilizarea feedback-ului pozitiv face posibilă creșterea factorului de calitate al polului de filtrare. În acest caz, polul de filtrare poate fi realizat pe elemente RC, care sunt mult mai ieftine și în această gamă de frecvențe mai mici în dimensiunile inductanțelor. În plus, capacitatea condensatorului inclus în filtrul activ poate fi redusă, deoarece în unele cazuri elementul de amplificare permite creșterea valorii sale. Utilizarea condensatoarelor cu capacitate mică permite alegerea tipurilor lor, care au pierderi reduse și stabilitate ridicată a parametrilor.

La proiectarea filtrelor active, un filtru al unei ordini date este împărțit în linkuri de ordinul întâi și al doilea. Răspunsul de frecvență rezultat este obținut prin înmulțirea caracteristicilor tuturor legăturilor. Utilizarea elementelor active (tranzistori, amplificatoare operaționale) permite excluderea influenței legăturilor una asupra celeilalte și proiectarea lor independentă. Această circumstanță simplifică și reduce considerabil prețul proiectării și reglării filtrelor active.

Filtre active de bas de ordinul întâi

Figura 2 prezintă schema filtrului activ low pass RC din prima ordine a amplificatorului operațional. Acest sistem permite polului coeficientului de transmisie la frecvența zero valorile rezistorul R1 și condensatorul C1 poate fi setat frecvența cutoff. Valorile de capacitate și de rezistență determină lărgimea de bandă a acestui circuit filtrant activ.

Figura 2. Schema filtrului activ low pass RC de ordinul întâi

În circuitul prezentat în figura 2, câștigul este determinat de raportul dintre rezistoarele R2 și R1:

iar valoarea capacității condensatorului C1 este mărită de un factor de câștig plus o singură dată datorită efectului Miller.

Trebuie remarcat faptul că o astfel de metodă de creștere a valorii capacității conduce la o scădere a intervalului dinamic al circuitului în ansamblu. Prin urmare, această metodă de creștere a capacității condensatoarelor este recursă în cazuri extreme. De obicei, se evită integrarea circuitului RC, în care frecvența de decuplare este redusă prin creșterea rezistenței rezistorului la o capacitate constantă a condensatorului. Pentru a elimina influența circuitelor de sarcină, un amplificator RC cu un singur câștig de tensiune este de obicei plasat la ieșirea lanțului RC.

Figura 3. Schema filtru low-pass RC a primei comenzi (lanțul RC)

Cu toate acestea, la o frecvență de întrerupere suficient de mică a filtrului trece-jos, poate fi necesară o capacitate mare de condensator. Condensatoarele electrolitice cu o capacitate mare nu sunt potrivite pentru crearea de filtre datorită unei game largi de parametri și stabilitate scăzută. Condensatoare realizate pe bază de ceramică cu o valoare mare a constantei electrice ε. de asemenea, nu diferă în stabilitatea valorii capacității. Prin urmare, sunt utilizați condensatori de înaltă stabilitate cu capacitate scăzută, iar valoarea acestora crește în circuitul filtrant activ prezentat în figura 2.

Filtre active cu frecvență joasă a ordinii a doua

Chiar mai des întâlnite sunt schemele de filtre active de ordinul doi, care fac posibilă realizarea unei pante mai mari a scăderii caracteristică a frecvenței amplitudinii în comparație cu schema de ordinul întâi. În plus, aceste linkuri vă permit să reglați frecvența polului cu o valoare predeterminată obținută prin aproximarea caracteristicii de frecvență a amplitudinii. Cel mai răspândit este schema Sallen-Kee, prezentată în Figura 4.

Figura 4. Schema filtru activ low-pass din clasa a doua

Răspunsul la frecvența amplitudinii acestui circuit este similar cu răspunsul de frecvență al legăturii de ordinul doi al filtrului pasiv LC. Aspectul său este prezentat în figura 5.

Figura 5. Un exemplu de răspuns al frecvenței de amplitudine a unui filtru activ low pass RC de ordinul doi

Frecvența rezonanței polului poate fi determinată de formula:

dar factorul său Q:

Frecvențele de zerouri în cazul ideal sunt egale cu infinitul. Într-un circuit real, acestea depind de designul plăcii de circuite imprimate și de parametrii rezistențelor și condensatoarelor utilizate.

Schema Sallen-Ki face posibilă simplificarea cât mai mult posibil a elementelor circuitului. În mod tipic, condensatorii C1 și C2 sunt selectați din aceeași capacitate. Rezistoarele R1 și R2 aleg aceeași rezistență. Mai întâi setați valoarea capacităților C1 și C2. După cum sa discutat mai sus, capacitățile lor încearcă să fie minime. Acești condensatori au cele mai stabile caracteristici. Apoi, se determină valoarea de rezistență a rezistențelor R1 și R2:

Rezistoarele R3 și R4 din schema Sallen-Ki determină câștigul de tensiune în același mod ca în circuitul convențional al unui amplificator invers. În circuitul filtrant activ, aceste elemente vor determina factorul de calitate al polului.

Cum se calculează frecvența fp pol și factorul său de calitate Qp am văzut în apropierea articol a caracteristicii amplitudine-frecvență (filtre Bessel, Butterworth, Cebîșev, Zolotarev-Cauer).

În circuitul filtrant RC activ, amplificatorul este acoperit atât de feedback-ul negativ, cât și de cel pozitiv. Adâncimea feedback-ului pozitiv este determinată de raportul dintre rezistențele R1R2 sau C1C2. În cazul în care Q din polii astfel să se stabilească raportul (egal cu abandonarea rezistoare sau condensatori), atunci amplificatorul operațional poate acoperi un feedback negativ de 100% și de a oferi câștig unitate element activ. Acest lucru va simplifica schema legăturii de ordinul doi. O diagramă simplificată a filtrului RC activ al ordinii a doua este prezentată în figura 6.

Figura 6. Schema Sallen-Ki simplificată

Din nefericire, cu un singur factor de câștig, puteți seta numai aceleași valori ale rezistenței R1 și R2 și puteți obține factorul de calitate necesar prin raportul dintre capacități. Prin urmare, calculul începe cu stabilirea valorii nominale a rezistențelor R1 = R2 = R. Apoi, capacitățile se pot calcula după cum urmează:

Timp de mulți ani, toată lumea sa obișnuit să utilizeze un amplificator operațional ca element activ. Cu toate acestea, într-o serie de cazuri se poate dovedi că circuitul de pe tranzistor va ocupa fie o zonă mai mică, fie va fi mai largă. Figura 7 prezintă schema LPF activă efectuată pe un tranzistor bipolar.

Figura 7. Diagramă de filtru activ trece-jos RC pe tranzistor

Calculul circuitelor (elemente R1, R2, C1, C2) este diferit de calcul prezentat în figura 6. Calcularea rezistoarelor R3, R4, R5 este diferit de la cascadă convenționale de stabilizare calcul emițător.

Istoricul istoric

Primele filtre de frecvență au fost filtre LC pasive. Apoi, deja în 30-IES a secolului XX, sa observat că feedback-ul în etapele de amplificare este capabil de a crește Q de amplificator LC circuite de radio. Una dintre cele mai comune scheme de creștere a factorului de calitate al unui circuit LC paralel este prezentată în Figura 1.

Figura 1. Schema de creștere a factorului de calitate al unui circuit oscilator paralel

Această caracteristică în circuitele LC nu este larg răspândită, deoarece circuitele LC permit metode constructive de a furniza factorul de calitate necesar pentru realizarea celor mai multe circuite de filtrare care funcționează la frecvențe înalte. În același circuit timp cu feedback pozitiv sunt utilizate pentru a crește Q a circuitului, au capacitatea de a auto-excitație, și în mod tipic limita gama dinamică a producției datorită influenței zgomotului a scenei amplificator.

În regiunea cu frecvență joasă sa dezvoltat o situație complet diferită. Acestea sunt, în principiu, frecvențele domeniului audio (de la 20 Hz la 20 kHz). În acest domeniu de frecvență, dimensiunile inductanțelor și condensatoarelor devin inacceptabil de mari. În plus, pierderea acestor celule de radio, de asemenea, crește, ceea ce, în cele mai multe cazuri, nu permite să primească Q polii filtrului necesare pentru a pune în aplicare un răspuns de frecvență predeterminată. Toate acestea au condus la necesitatea utilizării cascadelor de amplificare.

Împreună cu articolul "Scheme active de filtrare" citiți:

Articole similare

Pagina anterioară