Фильтры используют для получения схем с заданными частотными характеристиками. Существует четыре основных типа фильтров.
Фильтр нижних частот препятствует пропусканию сигналов, частота которых выше некоторого заданного значении Типичная область применения фильтров низких частот – устранение высокочастотного шума в звуковых схемах, в этом случае такие фильтры называют шумопоглощаюшими.
Фильтры верхних частот пропускают только тс сигналы, частота которых выше некоторого заданного значения. Такие фильтры используются в звуковых схемах для устранения низкочастотного шума, вызываемого, к примеру, работой лентопротяжного механизма магнитофона.
Полосовые фильтры пропускают только частоты определенного диапазона, а режекторные фильтры (фильтр-пробка) препятствуют прохождению сигналов из определенного диапазона частот. Например, режекторный фильтр частотой 45...55 Гц широко используется в контрольно-измерительной аппаратуре для блокировки сетевых шумов частотой около 50 Гц.
На Рис. 3.10 показаны схемы фильтров на операционных усилителях и условия, соответствующие их назначению.
Стоит заметить, что частота среза — это точка на АЧХ, в которой амплитуда сигнала уменьшается на 3 дБ, а вовсе не значение частоты, выше (или ниже) которой задерживаются все частоты. На Рис. 3.10а и Рис. 3.10в показаны однокаскадные фильтры со спадом 20 дБ/декаду, а на Рис. 3.10б и Рис. 3.10г показаны двухкаскадные фильтры со спадом 40 дБ/декаду. В последних двух фильтрах затухание может регулироваться путем изменения номиналов компонентов, как показано на рисунке.
Рис 3.10. Фильтры на основе операционных усилителей:
а — простой фильтр низких частот;
б — классическая схема фильтра низких частот.
в— простой фильтр высоких частот.
г — классическом cxeмa фильтра высоких частот;
д — полосовой фильтр;
е — режекторный фильтр
Преобразование ток/напряжение
Часто возникает необходимость преобразования токовых сигналов в напряжение и наоборот. Например, сила тока стандартного аналогового измерительного сигнала может составлять от 4 до 20 мА, и часто возникает необходимость преобразования этого сигнала в напряжение для отображения результатов на дисплее. Аналогично может потребоваться преобразование напряжения в ток для использования такого сигнала, например, в системах передачи сигналов.
При необходимости передачи аналоговой информации на значительные расстояния токовые сигналы в целом предпочтительнее, чем напряжение, поскольку они менее подвержены влиянию помех и сопротивления линии. Схемы для преобразования тока в напряжение и наоборот для аналоговых сигналов показаны па Рис. 3.11.
Рис. 3.11. Преобразование:
а - напряжения в ток, б - тока в напряжение.
На Рис. 3.11а показана схема преобразования напряжения в ток с помощью повторителя напряжения. Как обычно. V1 = Vin, но V1 = I*R . где I - ток, протекающий в нагрузке. Поэтому ток I задается напряжением Vin и совершенно не зависит от сопротивления нагрузки (при условии, что выход усилителя не находится в насыщении).
Чтобы преобразовать токовый сигнал в напряжение, применяется схема, изображенная на Рис. 3.11б. Ток протекает через сопротивление нагрузки, подключенной параллельно входу стандартного дифференциального усилителя. Напряжение на сопротивлении нагрузки составляет просто I*R [В]; выходное напряжение определяется коэффициентом усиления дифференциального усилителя, как описывалось ранее.
Если обе схемы используются совместно, сопротивления резисторов на Рис. 3.11а и Рис. 3.11б равны, а дифференциальный усилитель обеспечивает единичный коэффициент усиления, конечная схема будет представлять собой звено линии передачи данных, которое можно использовать для передачи аналоговых величин через участки с высоким уровнем электрических помех.
Лекция №4.
Тема лекции: Релаксационные схемы.
Цель лекции: Изучение функциональных узлов РЭА на примере релаксационных схем, и возможности их реализации на базе транзисторов, ОУ, компараторов и специализированных ИС.
В линейных схемах установившийся потенциал коллектора выбирался так, чтобы его величина лежала между напряжением питания и напряжением насыщения коллектор-эмиттер , что и делало возможным изменение выходного напряжения относительно этой рабочей точки. Отличительный признак линейной схемы заключается в управлении настолько малым сигналом, что выходное напряжение является линейной функцией входного. Поэтому выходное напряжение не должно выходить за положительную или отрицательную границы рабочего участка, иначе возникают искажения. В противоположность данному подходу в цифровых схемах имеют дело только с двумя рабочими состояниями и интересуются лишь тем, превышает напряжение заданное значение UH или меньше другого заданного значения UL < UH. Если напряжение больше UH, считается, что оно отвечает верхнему состоянию, а если меньше UL – нижнему состоянию.
