No Image

Фильтр на оу с однополярным питанием

19 просмотров
10 марта 2020

При проектировании активного фильтра на основе ОУ заранее должны быть определены следующие данные:

† имеющиеся в наличии источники питания – двуполярный или однополярный;

† диапазон пропускаемых и фильтруемых частот;

† частота перехода, т. е. точка характеристики, в которой фильтр начинает работать, либо резонансная частота, вокруг которой характеристика фильтра симметрична;

† начальное значение емкости конденсатора: для фильтров верхних частот (ФВЧ) его следует выбирать от 100 пФ, а для фильтров нижних частот – от 0,1 мкФ.

Рассмотрим шесть вариантов структур активных фильтров. На частотных характеристиках заштрихована область пропускания частот.

1. Фильтр нижних частот (ФНЧ). Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.1а, а для однополярного – на рис. П.2.1б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.2. Такой фильтр представляет собой фильтр с единичным коэффициентом передачи.

а б

1. Выбираем величину емкости С1 (согласно рекомендациям).

3. Рассчитываем величины резисторов R1 и R2:

,

где f – частота основной гармоники выходного напряжения фильтра.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 1б) Свх = Свых = (100…1000)С1 (не критично), а R3 = R4 = 100 кОм.

2. Фильтр верхних частот (ФВЧ). Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.3а, а для однополярного – на рис. П.2.3б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.4.

а) б)

2. Рассчитываем величину резистора R1:

,

3. Рассчитываем величину резистора R2:

,

где f – частота основной гармоники выходного напряжения фильтра.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

3. Узкополосный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.5а, а для однополярного – на рис. П.2.5б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.6.

а) б)

Добротность такого фильтра Q = 10, что позволяет получить коэффициент передачи k = 10, поскольку

.

Более высокую добротность выбирать нецелесообразно, поскольку произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания операционного усилителя можно с легкостью обеспечить даже при k = 20 Дб. По крайней мере полоса шириной 40 Дб должна быть обеспечена выше пика резонансной частоты. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя должна быть достаточной для того, чтобы амплитуда выходного напряжения на резонансной частоте достигла необходимого уровня.

2. Рассчитываем величину резисторов:

,

где f – частота входного напряжения.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

4. Широкополосный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. 7а, а для однополярного – на рис. П.2.7б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.8. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пять раз.

а) б)

Это ничто иное, как каскадное включение фильтров Салена-Ки верхних и нижних частот. Сначала работает высокочастотный фильтр, поэтому энергия на его выходе, стремящаяся к бесконечной частоте, проходит через фильтр нижних частот.

1. С помощью раздела 2 рассчитываем фильтр верхних частот для нижнего предела полосы пропускания.

2. С помощью раздела 1 рассчитываем фильтр нижних чатот для верхнего предела полосы пропускания.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

5. Фильтр-пробка. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. 9а, а для однополярного – на рис. П.2.9б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.10. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пять раз.

Читайте также:  Gv n240d3 1gi драйвер
а) б)

В такой схеме добротность Q = 10. Она может регулироваться независимо от резонансной частоты изменением R1 и R2. Добротность зависит от резистора, задающего резонансную частоту следующим образом:

.

При такой топологии схемы фильтра коэффициент передачи равен 1.

Единственная проблема – это амплитуда синфазной помехи нижнего усилителя в случае однополярного питания.

2. Рассчитываем величину резисторов:

,

где f – частота входного напряжения.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично), R5 = R6 = 100 кОм.

5. Полосовой заградительный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.11а, а для однополярного – на рис. П.2.11б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.12. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пятьдесят раз.

а) б)
Рис. П.2.12

В этом случае каскадное включение невозможно, поскольку характеристики фильтров не перекрываются, как в случае широкополосного фильтра

1. С помощью раздела 2 рассчитываем фильтр верхних частот для нижнего предела верхней полосы пропускания.

2. С помощью раздела 1 рассчитываем фильтр нижних частот для верхнего предела нижней полосы пропускания.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых =
= (100…1000) ∙ С1 (не критично). R3 = R4 = R5 = 100 к.

Приложение 3

АКТИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Часто требуется выделение составляющей сигнала одной полярности (однополупериодное выпрямление), либо определение абсолютного значения сигнала (двухполупериодное выпрямление). Такие схемы могут быть реализованы с помощью диодно-резис-тивных цепей. Однако большое падение напряжение на диода при прямом смещении (0,5–1 В) и нелинейность их вольт-амперных характеристик внесут существенные погрешности, особенно при небольших уровнях входного сигнала. Применение ОУ позволяет существенно ослабить влияние характеристик реальных диодов.

Схемы неинвертирующих однополупериодных выпрямителей показаны на рис. П.3.1. (ивых > 0 – рис. П.3.1а; ивых 0 – рис. 3а, б; ивых

Дата добавления: 2016-09-03 ; просмотров: 2285 | Нарушение авторских прав

При проектировании активного фильтра на основе ОУ заранее должны быть определены следующие данные:

† имеющиеся в наличии источники питания – двуполярный или однополярный;

† диапазон пропускаемых и фильтруемых частот;

† частота перехода, т. е. точка характеристики, в которой фильтр начинает работать, либо резонансная частота, вокруг которой характеристика фильтра симметрична;

† начальное значение емкости конденсатора: для фильтров верхних частот (ФВЧ) его следует выбирать от 100 пФ, а для фильтров нижних частот – от 0,1 мкФ.

Рассмотрим шесть вариантов структур активных фильтров. На частотных характеристиках заштрихована область пропускания частот.

1. Фильтр нижних частот (ФНЧ). Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.1а, а для однополярного – на рис. П.2.1б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.2. Такой фильтр представляет собой фильтр с единичным коэффициентом передачи.

а б

1. Выбираем величину емкости С1 (согласно рекомендациям).

3. Рассчитываем величины резисторов R1 и R2:

,

где f – частота основной гармоники выходного напряжения фильтра.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 1б) Свх = Свых = (100…1000)С1 (не критично), а R3 = R4 = 100 кОм.

2. Фильтр верхних частот (ФВЧ). Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.3а, а для однополярного – на рис. П.2.3б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.4.

а) б)
Читайте также:  После покраски авто цвет отличается

2. Рассчитываем величину резистора R1:

,

3. Рассчитываем величину резистора R2:

,

где f – частота основной гармоники выходного напряжения фильтра.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

3. Узкополосный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.5а, а для однополярного – на рис. П.2.5б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.6.

а) б)

Добротность такого фильтра Q = 10, что позволяет получить коэффициент передачи k = 10, поскольку

.

Более высокую добротность выбирать нецелесообразно, поскольку произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания операционного усилителя можно с легкостью обеспечить даже при k = 20 Дб. По крайней мере полоса шириной 40 Дб должна быть обеспечена выше пика резонансной частоты. Скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя должна быть достаточной для того, чтобы амплитуда выходного напряжения на резонансной частоте достигла необходимого уровня.

2. Рассчитываем величину резисторов:

,

где f – частота входного напряжения.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

4. Широкополосный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. 7а, а для однополярного – на рис. П.2.7б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.8. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пять раз.

а) б)

Это ничто иное, как каскадное включение фильтров Салена-Ки верхних и нижних частот. Сначала работает высокочастотный фильтр, поэтому энергия на его выходе, стремящаяся к бесконечной частоте, проходит через фильтр нижних частот.

1. С помощью раздела 2 рассчитываем фильтр верхних частот для нижнего предела полосы пропускания.

2. С помощью раздела 1 рассчитываем фильтр нижних чатот для верхнего предела полосы пропускания.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично).

5. Фильтр-пробка. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. 9а, а для однополярного – на рис. П.2.9б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.10. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пять раз.

а) б)

В такой схеме добротность Q = 10. Она может регулироваться независимо от резонансной частоты изменением R1 и R2. Добротность зависит от резистора, задающего резонансную частоту следующим образом:

.

При такой топологии схемы фильтра коэффициент передачи равен 1.

Единственная проблема – это амплитуда синфазной помехи нижнего усилителя в случае однополярного питания.

2. Рассчитываем величину резисторов:

,

где f – частота входного напряжения.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых = (100…1000) ∙ С1 (не критично), R5 = R6 = 100 кОм.

5. Полосовой заградительный фильтр. Схема фильтра для двухполярного источника питания показана на рис. П.2.11а, а для однополярного – на рис. П.2.11б. Амплитудная характеристика фильтра показана на рис. П.2.12. Начальная и конечная частоты полосы пропускания должны отличаться по крайней мере в пятьдесят раз.

а) б)
Рис. П.2.12

В этом случае каскадное включение невозможно, поскольку характеристики фильтров не перекрываются, как в случае широкополосного фильтра

1. С помощью раздела 2 рассчитываем фильтр верхних частот для нижнего предела верхней полосы пропускания.

2. С помощью раздела 1 рассчитываем фильтр нижних частот для верхнего предела нижней полосы пропускания.

Для фильтра с однополярным питанием (рис. 3б) Свх = Свых =
= (100…1000) ∙ С1 (не критично). R3 = R4 = R5 = 100 к.

Читайте также:  Aliexpress пополнить баланс мобильного

Приложение 3

АКТИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Часто требуется выделение составляющей сигнала одной полярности (однополупериодное выпрямление), либо определение абсолютного значения сигнала (двухполупериодное выпрямление). Такие схемы могут быть реализованы с помощью диодно-резис-тивных цепей. Однако большое падение напряжение на диода при прямом смещении (0,5–1 В) и нелинейность их вольт-амперных характеристик внесут существенные погрешности, особенно при небольших уровнях входного сигнала. Применение ОУ позволяет существенно ослабить влияние характеристик реальных диодов.

Схемы неинвертирующих однополупериодных выпрямителей показаны на рис. П.3.1. (ивых > 0 – рис. П.3.1а; ивых 0 – рис. 3а, б; ивых

Дата добавления: 2016-09-03 ; просмотров: 2286 | Нарушение авторских прав

Разрабатывая "радиоуправляемое реле" я решил использовать частотный способ кодирования команд управления. При этом фильтр было принято решение построить на ОУ, так как в корпусе оставался еще не задействованный блок ОУ. Но на этом фантазировать я еще не закончил, немного подумал и решил, что можно еще с экономить на деталях используя элементы, которые есть в наличии. Это и привело к написанию этой статьи "расчет полосового фильтра на ОУ". Покопавшись в книгах, собрав всю необходимую информацию составил алгоритм расчета фильтра с однополярным питанием. Но об этом потом, а сейчас не много теории.

Все фильтры разделяются на: активные фильтры, использующие для формирования частотной характеристики заданного вида как пассивные (резисторы и конденсаторы), так и активные (транзисторы, микросхемы) элементы, и пассивные фильтры, которые для формирования частотной характеристики заданного вида используют только пассивные (резисторы и конденсаторы) элементы. А сейчас поговорим о полосовых фильтрах.

Полосовой фильтр так называется потому, что он пропускает только тот частотный диапазон на который настроен, при этом частоты находящиеся за пределами данного диапазона ослабляются. Любой полосовой фильтр имеет несколько основных параметров определяющих его характеристики: полоса пропускания (полоса в которой сигнал проходя через фильтр имеет наименьшее затухание), полоса затухания (полоса в которой, сигналы ослабляются), коэффициент усиления (характеристика фильтра, которая отвечает за то во сколько раз сигнал будет усилен или ослаблен в полосе пропускания).

Идеальный полосовой фильтр имеет прямоугольную полосу пропускания, но на практике этого добиться невозможно, а можно только в какой-то степени лишь приблизиться такой форме. Реальный фильтр неспособен полностью задержать частоты за границами желаемого диапазона частот, в результате имеется область у границ заданного диапазона, где сигнал только частично ослабляется. Эта область называется крутизной спада фильтра, и измеряется в "дБ" затухания на октаву.

Принцип работы полосового фильтра основан на изменении коэффициента усиления в зависимости от частоты входного сигнала. Основной в фильтре является RC-цепочка, включенная в цепь обратной связи которая, при изменении частоты влияет на коэффициента усиления. Ну все думаю теории хватит перейдем к расчетам.

Расчет произведем по ниже приведенной схеме. Элементы R1-R3 и C1, C2 – определяют полосу пропускания и коэффициент усиления. R4, R5 – смещение рабочей точки, это необходимо для питания от однополярного источника. Микросхема ОУ выполняет роль активного элемента и подключать ее необходимо согласно Datasheet. Ниже схемы на картинках приведен расчет полосового фильтра на ОУ, но вы так же можете воспользоваться файлами расчета в Mathcad 14 и модели в Multisim 11.

Схема полосового фильтра на ОУ

Данный фильтр можно использовать в светомузыкальных устройствах, радиоуправлении, датчиках и так далее.

Комментировать
19 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector