Тема 8. Перетворення сигналів в електронних колах
2. Частотна фільтрація електричних сигналів
2.2. Активні RC-фільтри
На порівняно низьких частотах, нижчих за 100 кГц, де реактивні фільтри набувають значних габаритів внаслідок збільшення значень індуктивностей, широко застосовуються активні RC-фільтри, до складу яких входять R- і С-елементи, а також малогабаритні операційні підсилювачі, виконані у вигляді інтегральних мікросхем. Операційні підсилювачі мають великий вхідний (десятки – сотні кОм) і низький вихідний опір (десятки – сотні Ом) та великий коефіцієнт підсилення напруги (десятки тисяч – сотні тисяч).
Узагальнена схема активного RC-фільтра з операційним підсилювачем зображена на рис. 5.4.
Операційний підсилювач (ОП) увімкнутий так, що він підсилює сигнал і повертає фазу на 1800, а RC-чотириполюсники І та ІІ забезпечують потрібну форму амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) фільтра загалом.
Операційний підсилювач – невід’ємна складова сучасних активних фільтрів.
Аналіз узагальненої схеми активного RC-фільтра показує, що передавальна функція напруги активного фільтра визначається відношенням операторних передавальних провідностей чотириполюсників І та ІІ, які можна записати у вигляді поліномів. Отже, вибираючи відповідно схеми і параметри чотириполюсників І і ІІ, можна реалізувати фільтр будь-якого типу (ФНЧ, ФВЧ, СФ, ЗФ).
Проектуючи активні фільтри, спочатку задаються бажаною формою АЧХ фільтра, а відтак наближено описують (апроксимують) операторну передавальну функцію алгебричними поліномами.
Залежно від виду полінома розрізняють фільтри Баттерворта, Чебишова, Бесселя тощо.
Фільтри Баттерворта забезпечують найкращу рівномірність АЧХ у смузі пропускання та достатньо стрімкі схили. Фільтри Чебишова забезпечують певну хвилястість АЧХ у смузі пропускання і стрімкіші схили, ніж фільтри Баттерворта.
Фільтри Бесселя забезпечують лінійну фазочастотну характеристику, проте стрімкість схилів АЧХ є меншою, ніж у фільтрів Баттерворта і Чебишова.
На рис. 5.5 зображено якісно АЧХ ФНЧ трьох розглянутих типів з однаковою смугою пропускання, звідки бачимо їхні властивості.
Рис. 5.5. Амплітудно-частотні характеристики ФНЧ: 1 – Баттерворта;
2 – Чебишова; 3 – Бесселя