Общие сведения об активных фильтрах

Как известно, для получения избирательных характеристик в обычной схемотехнике широко используются LС - фильтры. Однако в интегральной схемотехнике индуктивности трудно реализуемы.

Поэтому в интегральной схемотехнике широкое применение находят активные фильтры, представляющие собой пассивные RС - фильтры, включенные в цепи инвертирующих и неинвертирующих усилителей. Другими словами, активные фильтры - это усилители на основе ОУ в сочетании с пассивными RС - фильтрами. Активные фильтры (АФ) находят самое широкое применение в качестве УВЧ, УПЧ, регуляторов тембров и т.д. Избирательная АЧХ АФ реализуется благодаря применению RС - пассивных фильтров. Следовательно, для анализа АФ необходимо знать характеристики пассивных фильров.

21.2. Пассивные RС – фильтры

Различают фильтры нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которых распологается в области нижних частот; фильтры высоких частот (ФВЧ), пропускающие сигналы высоких частот; полосовые и заграждающие (режекторные фильтры). Рассмотрим схему ФНЧ, рис.21.1a.

Рис.21.1. ФНЧ и его передаточная характеристика

Комплексный коэффициент передачи этого RC-фильтра определяется:

K(jω)=U_вых/U_вх=1/(1+jωRC).

Передаточная характеристика ФНЧ имеет выражение:

;

где f_c-частота среза, равная 1/2pRC.

В соответствии с выражением (21.1) построим передаточную характеристику ФНЧ, рис.21.1,б.

При частотах f<<f_c f/f_c<<1; K(f)=1 K_дБ=0,

При частотах f>>f_c f/f_c >>1; K(f)=f_c/f.

Полоса пропускания фильтра определяется частотой среза. При дальнейшем увеличение частоты имеет место затухание сигнала, т.е. спад частотной характеристики 20 дБ/дек. Если ФНЧ имеет несколько звеньев, то спад АЧХ равен n 20 дБ/дек.

Рассмотрим принципиальную схему ФВЧ, рис. 21.2.

Рис.21.2. ФВЧ и его передаточная характеристика

Передаточная характеристика ФВЧ определяется выражением

В области низких частот, где при f<<f_с f_с/f<<1 K(ω)=ωRC; K(f)=f/f_c;

при f>>f_c f_c/f>>1 K(ω)=1; K_дБ=0 дБ.

Для построения полосовых и заграждающих АФ широкое применение находит 2Т фильтр, рис. 21.3.

Рис.21.3. 2Т-фильтр и его передаточная характеристика

2Т филтр пропускает все частоты с коэффициентом передачи К=1, кроме квазирезонансной. На квазирезонансной частоте f₀=1/2pRC коэффициент передачи равен нулю.