Теоретичні відомості і методичні вказівки. Використовуючи як елемент схеми фільтру ОП, можна синтезувати характеристику будь-якого RLC-фільтру без застосування котушок індуктивності

Використовуючи як елемент схеми фільтру ОП, можна синтезувати характеристику будь-якого RLC-фільтру без застосування котушок індуктивності. Такі безіндукційні фільтри відомі під назвою «активні фільтри» завдяки включенню в їх схему активного елементу (підсилювача).

Активні фільтри можна використовувати як фільтри низьких частот, фільтрів високих частот, смугових і смугоподавляючих фільтрів, вибираючи тип фільтру залежно від найбільш важливих властивостей характеристики, таких, як рівномірність посилення в смузі пропускання, крутизна спаду або незалежність часового запізнювання від частоти (далі про це докладніше). Додамо, що можна побудувати як фазовий фільтр з плоскою амплітудною характеристикою, але «зшитою» фазою (він також відомий як «фазовирівнюватель»), так і навпаки - фільтр з постійним фазовим зрушенням, але з «зшитою» амплітудною характеристикою.

Перетворювачі негативного повного опору і гідратори - Є два цікаві схемні елементи, які слід згадати в будь-якому огляді: це - перетворювач негативного повного опору і гіратор. Ці пристрої можуть імітувати властивості котушок індуктивності, хоча в них використовуються тільки конденсатори і резистори спільно з ОУ. Раз це так, то ми можемо робити безіндукційні фільтри з ідеальними властивостями RLC-фільтрів- це принаймні один спосіб побудови активних фільтрів.

Перетворювач негативного повного опору перетворить повний опір в йому протилежне (тобто із зворотним знаком), тоді як гіратор перетворить повний опір в зворотний (тобто місткість в індуктивність). Наступна вправа допоможе з'ясувати, як це відбувається.

Таким чином, перетворювач негативного повного опору перетворює конденсатор на «зворотну» котушку індуктивності:

в тому сенсі, що струм, що генерується, запізнюється щодо прикладеної напруги, але його повний опір має неправильну частотну залежність (при зростанні частоти воно не росте, а убуває). Гіратор, навпаки, перетворює конденсатор на елемент з дійсною індуктивністю:

,

індуктивність якого .

Існування гіратора робить інтуїтивно ясним той факт, що можна побудувати безіндукційний фільтр, що імітує будь-який фільтр, що використовує котушки індуктивності: просто замінити кожну котушку «гіратованим» конденсатором. Це — цілком коректне застосування гіраторів, і раніше згаданий телефонний фільтр побудований саме таким способом. Крім того, проста вставка гіраторів в ті, що існують RLC-схемидозволяє створювати багато інших конфігурацій фільтрів. Проектування активних безіндукційних фільтрів — область, що вельми активно розвивається, і описи нових конструкцій з'являються в журналах кожен місяць.

Фільтри Саллена і Кея, На рис. 2.11. наведений приклад простого фільтру, побудованого навіть частково з інтуїтивних міркувань. Він відомий як фільтр Саллена і Кея, на ім'я винахідників. Як підсилювач з одиничним коефіцієнтом посилення може бути узятий ОУ, включений в режимі повторювач, або просто емітерний повторювач. Даний фільтр є двополюсним фільтром верхніх частот. Відмітьте, що це був би просто двокаскадний RC-фільтр, якби перший резистор не був сполучений з виходом. Легко бачити, що на дуже низьких частотах спад характеристики такої ж, як у RС-фільтру, оскільки вихідний сигнал практично рівний нулю. Зростання вихідного сигналу при збільшенні частоти приводить до зменшення ослаблення в результаті дії цього з'єднання, і за рахунок цього загострюється злам характеристики. Звичайно, таке пояснення на пальцях не може замінити повного розрахунку, вже, на щастя, виконаного для величезного числа хороших фільтрів.