Розглянемо перший шлях. Схема з'єднання фільтрів ФВЧ і ФНЧ показана на малюнку 5.8, там же показана і результуюча АЧХ.
Малюнок 3.8 - Широкосмуговий смуговий пропускає фільтр: а - структурна схема; б - вид результуючої АЧХ
На малюнку - коефіцієнт передачі фільтра в смузі пропускання.
При послідовному з'єднанні двох фільтрів першого порядку отримуємо ШППФ 1-го порядку, поєднуючи послідовно два фільтра другого порядку, отримуємо ШППФ другого порядку. Тобто тут крутизна схилів АЧХ визначається порядком одного з послідовних включених фільтрів.
При цьому для ФВЧ. а для ФНЧ.
Розрахунок подібних фільтрів зводиться до розрахунку відповідних ФВЧ і ФНЧ за необхідними частотам зрізу і заданому порядку фільтра.
Якщо розробляється фільтр повинен мати коефіцієнт посилення більше одиниці, то все посилення забезпечується ланкою ФНЧ.
Таким чином, послідовність проектування даного фільтра така:
- за заданим значенням частот нижньої і верхньої меж смуги пропускання визначаємо необхідні частоти зрізу для ФНЧ і ФВЧ;
- по заданому порядку фільтра визначаємо кількість ланок в кожному з фільтрів ВНЧ і ФНЧ;
- розраховуємо ФВЧ з коефіцієнтом посилення. необхідного порядку на задану частоту зрізу;
- розраховуємо ФНЧ з коефіцієнтом посилення. необхідного порядку на задану частоту зрізу;
- включаємо послідовно розраховані нами фільтри в порядку, показаному на малюнку 3.8.
Вузькополосні смугові пропускають фільтри
Вузькосмуговими вважають фільтри, у яких. Створення вузькосмугових смугових пропускають фільтрів (УППФ) складніше, ніж широкосмугових.
Наприклад, такий фільтр 4-го порядку складається з двох послідовно включених ланок другого порядку зі взаємної розладом.
Вихідними даними для розрахунку є частоти нижньої і верхньої меж смуги пропускання. Для спрощення розрахунків будемо розглядати схему фільтра, в якому загальний коефіцієнт посилення фільтра. тобто для даного типу фільтра слід при розподілі посилення по каскадах прийняти.
Слід зазначити, що коефіцієнти посилення окремих ланок, що входять до складу фільтра, можуть мати коефіцієнти посилення відмінні від одиниці.
Методика розрахунку даного фільтра складається з наступних етапів.
1. Визначаємо середню частоту діапазону пропускання
2. Визначаємо відносне значення смуги пропускання
. (3.39) 3. Складаємо рівняння для визначення параметрів ланок фільтра
де і - коефіцієнти з таблиці 3.2, відповідно до виду апроксимації розробляється фільтра.
Вирішуємо отримане рівняння щодо параметра. Чисельне рішення рівняння (3.40) можна виконати будь-яким способом.
Рівняння (3.40) має 8 коренів. Але нас цікавить тільки один корінь зі значенням близьким до 1. Для практичних цілей достатньо визначити цей корінь з точністю до третього знака після коми.
4. Знаходимо добротність фільтру
5. Визначаємо основні параметри послідовно включених ланок фільтра
Таблиця 3.3 - Параметри ланок УППФ
Для реалізації УППФ можна використовувати кілька схем. Одна з них, широко застосовувана на практиці, наведена на малюнку 3.9.
Малюнок 3.9 - Смуговий пропускає фільтр зі складною негативним зворотним зв'язком
Розрахунок смугового пропускає фільтра зі складною негативним зворотним зв'язком
1. Знаходимо величину конденсатора С. Для цього використовуємо формулу
[МкФ], де в [Гц]. (3.42)
2. Визначаємо (i - номер ланки).
Для першої ланки:
Для другого ланки:
Для першої ланки:
Для другого ланки:
Для першої ланки:
Для другого ланки:
При виборі ОУ для даного фільтра слід враховувати, що диференційний коефіцієнт посилення ОУ на частоті повинен бути більше, ніж.
Вибір ОУ тут слід проводити таким чином:
- знайти необхідну частоту одиничного посилення ОУ за формулою:;
- вибрати підсилювач з частотою одиничного посилення.
Сучасні підсилювачі потужності (УМ) будуються, в основному, з використанням ОУ по бестрансформаторних схемою. Вони складаються з двох частин:
- попереднього каскаду на операційному підсилювачі, включеному за схемою инвертирующего або неінвертуючий підсилювача;
- кінцевого каскаду на комплементарном емітерний повторювачі, зібраного на додатково підключених зовнішніх транзисторах.
Обидва каскаду охоплюються загальною негативним зворотним зв'язком, як показано на малюнку 3.10.
Малюнок 3.10 - Загальна структура УМ на базі ОУ: а - на додатково підключених зовнішніх транзисторах; б - на потужному ОУ
Існує ряд типів ОУ, які в своїй структурі вже містять як каскади попереднього підсилення, так і вихідний каскад на потужних транзисторах. Це так звані потужні операційні підсилювачі. Вони також можуть служити основою УМ.
Операційні підсилювачі загального застосування у звичайних випадках допускають вихідний струм від 5 до 10 мА. Існують спеціальні потужні ОУ з великим вихідним струмом. До потужним зазвичай відносять підсилювачі, що допускають вихідний струм понад 300 - 500 мА. Потужними можна також вважати ОУ, що віддають в навантаження потужність понад 1 Вт.
Прикладом вітчизняних потужних ОУ можуть служити мікросхеми К157УД1 з вихідним струмом до 300 мА, К1040УД2 на вихідний струм 0,5 А і здвоєний ОУ К1460УД2Р з струмом до 1 А.
Потужні ОУ широко представлені серед продукції багатьох провідних фірм електронних компонентів.
Прикладом напівпровідникового інтегрального потужного ОУ може служити досить широко поширений підсилювач LM12 фірми National Semiconductor з вихідним струмом до 10 А і розсіюється потужністю до 90Вт. З нових моделей цієї фірми можна відзначити монолітний ОУ LM675, спадкоємець знаменитого LM15. Його вихідний струм може досягати 3 А при харчуванні від джерел ± (8 ... 30) В. Максимальна потужність, що розсіюється - 30 Вт.
Ще один цікавий приклад - операційні підсилювачі ОРА567 і ОРА569 фірми Texas Instruments. Вони розрізняються лише корпусами. Це низьковольтні ОУ (напруга живлення 2,7 ... 5,5 В), які здатні віддати в навантаження струм до 2,4 А.
Фірма Linear Technology випускає ОУ LT1970, що забезпечує струм через навантаження до ± 0,5 А при напрузі живлення 5 ... 36 В.
Лідерство на ринку потужних ОУ останні роки займає фірма Apex Micotechnology. З нових розробок Apex можна звернути увагу на гібридний ОУ типу РА52 з напругою живлення до ± 200 В і вихідним струмом до ± 40 А (пікове значення ± 80 А). Підсилювач допускає розсіювання потужності до 400 Вт.
Гібридні підсилювачі дуже дороги, тому фірма Apex Microtechnology почала випуск ОУ нового типу так званих Open Frame. Ця конструкція являє собою друковану плату, на якій встановлені дискретні безкорпусні компоненти. Один з підсилювачів цього типу МР240 - при напрузі живлення ± 100 В віддає в навантаження струм до 25 А. Встановлений на охолоджувач, він здатний розсіяти потужність до 170 Вт.