Практическое применение операционных усилителей. Часть вторая.
Итак, в первой части мы рассмотрели схемы включения ОУ в качестве усилителей, в этой части рассмотрим включения ОУ в качестве фильтров.
Фильтр Высоких Частот (ФВЧ, High-Pass - как
угодно)
Требуется он для отсекания сигнала, частота которого ниже
определенного порога, который называется, кстати, частотой
среза.
Простейший ФВЧ выглядит так:
Первая схема с неинвертирующим включением ОУ, вторая - с
инвертирующим.
Это фильтр первого порядка с ослаблением ненужного
сигнала - крутизной - 6дБ на октаву. Определить частоту среза можно,
рассчитывая реактивное сопротивление конденсатора. Когда оно станет равным
сопротивлению резистора, включенного последовательно с конденсатором - это
будет самое то.
Формула следующая:
Где F - частота в Герцах, C - емкость в Фарадах, Ec -
сопротивление в Омах.
Если крутизна фильтра первого порядка кажется
недостаточной, можно справить фильтр второго порядка - с крутизной 12 дБ
на октаву как показано на рисунке.
Это - так называемый, фильтр Баттерворта. Назван так,
видимо, в честь того чувака, который его придумал.
Чтобы посчитать его
граничную частоту можно воспользоваться следующими соотношениями:
R1=R2; С1=2С2;
При выборе резисторов надо учесть, что их номиналы должны лежать в пределах 10-100 кОм, поскольку выходное сопротивление фильтра растет вместе с частотой и если номиналы резисторов выходят за вышеуказанные рамки это может сказаться на работе фильтра. Отрицательно, разумеется - иначе зачем предупреждать?
Фильтр Низких Частот (ФНЧ, Low-Pass - как
угодно)
Работа этого фильтра прямо противоположна предыдущему - он
отрезает сигнал, частота которого выше частоты среза. В принципе, все то
же самое, что и в предыдущем случае, только конденсатор включается не
последовательно с резистором, а параллельно ему.
Первая схема - неинвертирующее включение, вторая -
инвертирующее. Частота среза считается ровно таким же способом, как и в
случае ФВЧ.
Ну и схема фильтра второго порядка - того же самого
гражданина Баттерворта.
Опять же - считается все точно так же, как было описано
выше.
Полосовой Фильтр (Band-Pass)
Полосовой фильтр
применяется в тех случаях, когда необходимо выделить некую полосу частот
из всего спектра. Например, в спектроанализаторах или вроде того.
Формулы расчета приводить тут не буду - дюже они забористые. Для расчета полосовых фильтром советую воспользоваться замечательной программой - Filter Wiz Pro от Schematica Software. Впрочем, ей так же можно воспользоваться и для расчетов любых других фильтров.
Фильтр-пробка (Notch Filter)
Если вам нужно
ослабить (практически до нуля) некую выбранную частоту, то это фильтр как
раз для вас.
Формула расчета вот такая:
где R=R3=R4, C=C1=C2;
При построении этого фильтра очень
важна точность номиналов компонентов - от этого зависит степень "убивания"
выбранной частоты. Так, при применении резисторов и конденсаторов с
допуском 1%, можно получить ослабление частоты до 45дБ, хотя,
теоретически, можно добиться и 60дБ. Например, если вы хотите грохнуть
ненавистную всем частоту 50Гц, то берем следующие номиналы: R1=R2=10кОм,
R3=R4=68кОм, С1=С2=47нФ.
Фильтр-пробка с двойным Т-мостом.
С помощью этого фильтра можно не только ослаблять выбранную
частот, но и регулировать степень её ослабления переменным резистором R4.
Формула расчета номиналов такая же, как и в предыдущем случае.
С
фильтрами все, в следующей части еще кое-что интересное.
Источник: www.radiokot.ru