Избирательные усилители

Избирательными называются усилители позволяющие усиливать электрические сигналы только в некоторой полосе частот. Такие усилители исполняют роль фильтров, они должны обеспечить требуемое усиление в заданной полосе частот и достаточно крутой спад усиления в не этой полосы. Их можно подразделить: на фильтры низких частот, на фильтры высоких частот, на полосовые фильтры, на узкополосные фильтры, на режекторные фильтры.

Фильтры строятся на основе усилителей с частотнозависимыми цепями обратной связи. Такие фильтры называют активными. В качестве частотнозависимых элементов используется конденсаторы, т.к. катушки индуктивности на низких частотах имеют большие габариты.

Фильтр низких частот

Фильтр низких частот (рисунок 8.5) должен обеспечить наибольшее усиление в области низких и достаточно крутой спад, начиная с некоторой частоты .

Рисунок 8.5 - Фильтр низких частот

Для получения искомой частотной характеристики, резистор шунтируют конденсатором , модуль полного сопротивления такого соединения элементов уменьшается с ростом частоты, что и способствует уменьшению коэффициента усиления с обратной связью. Зависимость коэффициента усиления от частоты просто получить из следующих выражений:

, (8.18)

, (8.19)

где - постоянная времени в области высоких частот, которая определяет верхнюю частоту среза .

Амплитудно-частотная характеристика, уравнение которой мы получили, приведена на рисунке 8.6.

Рисунок 8.6 - Амплитудно-частотная характеристика фильтра низких частот

Из определения понятия верхней частоты среза следует

, , (8.20)

что показывает возможность задания любой частоты среза в пределах полосы пропускания усилителя.

Фильтр высоких частот

Фильтр высоких частот (рисунок 8.7) обеспечивает наибольшее усиление в области высоких частот, начиная с некоторой частоты нижнего среза .

Рисунок 8.7 - Фильтр высоких частот

Схема фильтра аналогична схеме инвертирующего усилителя с емкостной связью. Различие заключается в постановке задачи при расчете элементов обратной связи. Элементы фильтра рассчитываются так, чтобы обеспечить достаточно крутой спад при снижении частоты ниже . Определить частоту нижнего среза можно из выражений

, (8.21)

, (8.22)

где - постоянная времени в области низких частот, которая определяет верхнюю частоту среза .

Амплитудно-частотная характеристика фильтра высоких частот имеет вид (рисунок 8.8).

Рисунок 8.8 - Амплитудно-частотная характеристика фильтра высоких частот

Полосовой фильтр

Полосовой фильтр обеспечивает эффективное усиление некоторой области частот, начиная от частоты нижнего среза , кончая частотой верхнего среза . Естественно, цепь обратной связи состоит из элементов, входящих в фильтр низких частот и в фильтр высоких частот (рисунок 8.9).

Рисунок 8.9 - Полосовой фильтр

Зависимость коэффициента усиления от частоты просто получить из следующих выражений:

, (8.23)

. (8.24)

Амплитудно-частотная характеристика имеет вид (рисунок 8.10).

Рисунок 8.10 - Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра

Частоты среза определяются выражениями

, (8.25)

. (8.26)