.

Универсальные фильтры

В предыдущих разделах для каждого из рассмотренных фильтров приводилась специальная, как можно более простая, принципиальная схема. Иногда, однако, возникает необходимость построения такой единой схемы фильтра, с помощью которой была бы возможна реализация всех ранее описанных фильтров. Для этой цели используются универсальные фильтры.          Универсальный фильтр второго порядка куда более сложен по сравнению со специализированными фильтрами, но он широко применяется благодаря повышенной устойчивости и легкости регулировки. Этот фильтр выпускают несколько производителей в виде интегральной схемы.

Схемная реализация активных фильтров

 Простые RC-цепи обладают одним недостатком: их свойства зависят от нагрузки. Поэтому необходимо дополнить ее усилителем. Придав ему функцию усиления сигнала, одновременно получают возможность свободно задавать значение коэффициента передачи.
Построение фильтров на ОУ отличается включением усилителя в режиме повторителя (фильтр на источнике напряжения, управляемом напряжением или ИНУН) или инвертора (фильтр с многопетлевой обратной связью или МОС). ОУ обеспечивает необходимое усиление в полосе пропускания и развязку источника сигнала с нагрузкой, делая возможным регулировку и настройку. Схемы активных ФНЧ первого порядка на усилителе-повторителе и усилителе-инверторе показаны на рис.13.6.

Назначение и классификация активных фильтров

         Электрический фильтр представляет собой частотно-избирательное устройство, которое пропускает сигналы определенных частот и задерживает или ослабляет сигналы других частот. В устройствах электроники фильтры используются очень широко. Различают аналоговые и цифровые фильтры. В аналоговых фильтрах обрабатываемые сигналы не преобразуют в цифровую форму, а в цифровых перед обработкой осуществляют такое преобразование. В соответствии с общей тенденцией перехода от аналоговой к цифровой электронике такие фильтры применяются все чаще. Для реализации цифрового фильтра необходимы аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорное устройство, а сама процедура фильтрации осуществляется программным способом.

Нелинейные преобразователи на ОУ

В ряде случаев необходимо, чтобы зависимость входного и выходного напряжений была нелинейной. Для этого используют совместное включение ОУ и нелинейных элементов, таких как диоды, стабилитроны и транзисторы. Наилучшие результаты получаются, если нелинейные элементы включаются в цепь ООС. Рассмотрим в качестве примера выпрямители и ограничители на ОУ.

Дифференциаторы

 Дифференциаторы подобны интеграторам, в них только меняются местами резистор R и конденсатор C. Инвертирующий вход ОУ заземлен, поэтому изменение входного напряжение с некоторой скоростью вызывают изменения тока I = С(dUВХ /dt), а следовательно и выходного напряжения
 
UВЫХ = – RC(dUВХ / dt).                            

Интеграторы

Если ООС, которой охвачен ОУ, образуется конденсатором, то схема выполняет математическую операцию интегрирования по времени
 Входной ток UВХ / R протекает через конденсатор С. В свя-зи с тем, что инвертирующий вход имеет потенциальное заземле-ние, выходное напряжение определяется следующим образом:

UВХ / R = – С (dUВЫХ / dt),

Суммирующий и вычитающий усилители

Сумматор на основе ОУ – инвертирующий усилитель с дополнительными входами (рис.12.6). В этой схеме также используются свойства мнимой земли
Рис.12.6. Суммирующий усилитель
 
         Составляя уравнение баланса токов и полагая, что входы ОУ ток не потребляют, имеем:
IOC = I1 + I2. 
         Поскольку инвертирующий вход ОУ в этой схеме является мнимой землей, токи можно выразить через напряжения сигналов и сопротивления резисторов следующим образом: 
–UВЫХ / RОС= U1 / R1 + U2 / R2,

Неивертирующий усилитель

Рассмотрим схему неинвертирующего усилителя           Для анализа схемы воспользуемся тем, что разность напряжений для ОУ, охваченного ООС, равно нулю. Тогда напряжение в точке А UA = UВХ.

Инвертирующий Операционный Усилитель

Усилители на ОУ используют отрицательную обратную связь (ООС), поэтому есть несколько простых правил, которые определяют поведение такого усилителя. Следует воспользоваться тремя упрощающими предположениями о свойствах ОУ: коэффициент усиления ОУ без обратной связи и входное сопротивления бесконечно велики, выходное сопротивление равно нулю.

ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

В настоящее время разработано огромное количество аналоговых интегральных схем (ИС) двух типов – базовые электронные элементы (операционные усилители, компараторы, стабилизаторы напряжения) и специализированные ИС, предназначение для решения одной задачи. На первый взгляд может показаться, что все уже придумано, бери и пользуйся. На самом деле это не так.