Снос зданий:
ecosnos.ru
Главная  Промышленные интегральные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

ройстве, схема которого приведена на рис. 4.12, выходной сигнал не должен превышать 1 В.

Если фильтр перестраивается одним переменным сопротивлением, то его частота обратно пропорциональна квадратному корню из сопротивления. В этом случае применение полевого транзистора, непосредственно регулируемого управляющим напряжением, невыгодно, так как характеристика изменения частоты оказывается нелинейной, а диапазон изменения частоты - небольшим. В [37] предложена схема функционального преобразования управляющего напряжения таким образом, что изменение частоты настройки оказывается линейным, а диапазон перестройки увеличивается до 4,5 раза.

4.5. Чувствительность звеньев активных фильтров

Важной характеристикой фильтровых звеньев является их чувствительность к изменениям параметров элементов. Для оценки изменения свойств звена 2-го порядка обычно определяют чувствительность относительной резонансной частоты Qi, добротности Q = l/a и коэффициента передачи Яо к изменениям элементов, от которых зависят эти параметры. Например, Sir показывает, насколько процентов изменяется а при изменении на 1 % {3]. Определить величину S n, если известна зависимость m=f(n), можно по формуле

В качестве примера приведем соотношения для чувствительностей ПФ на трех ОУ по методу переменных состояний:

5Й = Т 2= = Т = S?2 = - . (4.20),(4.21),(4.22)

cQ cQ L Re/Rio .. .

Ыо- -=>i6- 2 RiC.aQid+rjr.i) *->

S%s = - S%n = TTrJrT = - 1 = - (4.24),(4.25).

В приведенные формулы могут подставляться как реальные значения R и С, так и нормированные г и с.

Приведем еще формулы для чувствительности ПФ на одном ОУ:

RI r:iC3 - - 2 ~ 2Q r r, Сз C4 °2 = 2Q.;J.C3C4- (4.26),(4.27),(4.28)

2{r+R2) ~~2 2 2(r, + R,) TS T

(4.29),(4.30),(4.31)

=rfe: - T = - T ( (*->

Аналогичным образом можно найти чувствительность и для других фильтровых звеньев.



сравнение формул для чувствительности фильтровых звеньев на трех ОУ и фильтровых звеньев на одном ОУ говорит о преимуществах первых. Действительно, (4.19) и (4.20) показывают, что в ПФ на трех ОУ изменение каждого элемента на 1% изменит Qt на 1/2%- В фильтре на одном ОУ влияние Ri и i?2 1см. (4.28) и (4.29)] может быть значительно сильнее.

Сравним формулы (4.21)-(4.24) с (4.29)-(4.33). В фильтровом звене на трех ОУ при изменениях всех сопротивлений и емкостей в одинаковой степени добротность вообще не изменится, так как S*ci=-Scz. 5*л1=-5*К2 и т. д. Для ПФ на одном ОУ все величины S h и S c имеют один и тот же знак. Кроме того, сама величина чувствительности больше. Влияние изменения коэффициента усиления ОУ на параметры активного фильтра можно не учитывать, если KyUQQ, что обычно и имеет место на практике.

4.6. Выбор типа интегральных схем

Рассмотрим следующий пример. Пусть ОУ имеет i/?bx~100 кОм, Явых = 500 Ом, Уивых = 20 В/мкс, /i = 300 МГц. Величины ивых и fi могут обеспечить при (7вых=0,2 в 15 МГц. В

схемах на трех ОУ (см. рис. 4.4) обычно/?i=i?2= и Ci = C2=C, а (i)o=URC. Сопротивление R должно быть выбрано из условия Rbux>R>Rbx- в нащем случае R = 5 кОм. Емкость С нельзя брать меньше 10 пФ из-за влияния паразитных емкостей. Из условия (I/coqC) >/?вых и считая С=10 пФ, находим, что /о= 3 МГц.

Аналогичные ограничения возникают и на сверхнизких частотах из-за слишком больших емкостей. Однако применяя ОУ с полевыми транзисторами на входе, удается построить активные фильтры на частоты порядка единиц герц.

Пусть на ОУ из предыдущего примера требуется построить активный фильтр на одном ОУ (см. рис. 4.7а). В этом случае выбрать одинаковые сопротивления и конденсаторы нельзя. В первом приближении оказывается, что при Q :l Rs/RiS, Съ/Сг 10, а это означает, что одна из емкостей в нашем примере будет 100 пФ и, следовательно, частота среза будет не более 300 кГц, а не 3 МГц, как в предыдущем примере. Следует заметить, что с ростом Q отношения сопротивлений и емкостей возрастают. В этих примерах дана довольно грубая оценка частотных свойств OJ при использовании его в активном фильтре. Для более точной оценки необходимо учитывать влияние корректирующих цепей и зависимость входного и выходного сопротивлений от частоты. Как показано в [38], эти факторы существенно снижают максимальные рабочие частоты фильтра.

Кроме высокого входного сопротивления, низкого выходного сопротивления и необходимых частотных свойств, во многих случаях от ОУ требуются малые напряжения и токи смещения.

В схемах на трех ОУ (см. рис. 4.4) смещение нуля на выходе ме может быть большим, так как схемы охвачены глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току.

В схемах на одном ОУ особенно ФНЧ (рис. 4.8) смещение нуля на выходе может быть заметным. Это приведет к одностороннему ограничению амплитуды выходного сигнала. Естественно, что в многозвенном фильтре смещение нуля будет больше.



Поэтому при проектировании активных фильтров на одном ОУ, предназначенных для работы в широком диапазоне температур, необходимо компенсировать смещение нуля (см. гл. 3). В таких случаях наиболее пригодными являются ОУ с полевыми транзисторами на входе, имеющие входные токи до нескольких пико-лмпер.

В некоторых случаях при вьгборе типа ИС следует учитывать ее шумовые свойства. Однако этот вопрос еще недостаточно изучен. Применительно к активным фильтрам на ОУ анализ шумовых свойств приведен в [39].

Для проектирования активных фильтров на единичных усилителях применяются ОУ, включенные как повторители напряжения с возможностью небольшого изменения коэффициента передачи. Существуют и специальные ИС, состоящие из нескольких единичных усилителей. Примером такой схемы является ИС :2СС842, которая состоит из трех единичных усилителей, собранных на полевых транзисторах, и одного эмиттерного повторителя. Ла этой ИС можно собрать активный фильтр 7-го порядка.

Материалы этого раздела показывают, что расширению диа-пазона частот активных фильтров в сторону увеличения частоты гпрепятствуют низкие значения и fi и Уивых современных опера-дионных усилителей. Созданию более низкочастотных активных фильтров с /о порядка долей герц препятствует увеличение габаритов конденсаторов. В этой части возможным решением проблемы может явиться применение вместо ?С-цепи оптронной нары (светодиод - фоторезистор), релаксационные процессы ко- торой могут иметь постоянную времени до нескольких секунд. Преимуществами оптронной пары перед ?С-цепью [40] являются малые габариты, независимость их от постоянной времени, возможность выполнения всего устройства методами интегральной технологии, электрическая развяка входа и выхода оптронной дшры, возможность перестройки простыми методами (дополнительной подсветкой) и другие.

Есть все основания считать, что в ближайшее время активные фильтры будут применяться на частотах от долей герц до нескольких мегагерц.

4.7. Пример проектирования, изготовления и настройки активных фильтров

В гл. 9 описана структурная схема устройства для интегрального контроля радиовещательных приемников. Для этого устройства необходимо изготовить полосовые фильтры, ослабляющие сигналы с отстройкой по частоте на 10% более чем на 40 дБ, и режекторные фильтры с ослаблением по сравнению с частотой, отстоящей на 10%, более чем на 40 дБ.

Фильтры должны иметь неравномерность в полосе пропускания не более 1 дБ и недолжны ухудшать своих параметров в диапазоне температур от -t-10 до +45°. Схемы фильтров на все частоты от 50 до 20 000 Гц должны быть одинаковыми, отличаясь только номиналами нескольких элементов.

т



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [ 19 ] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45