A. Неинвертирующий усилитель

У неинвертирующего усилителя (рис.7) входное напряжение U_вх приложено к входу «+» ОУ. Так как E_д=0, а потенциал входа «+» равен E_вх, то потенциал входа «-» равен E_вх. Это напряжение полностью падает на резисторе R_вх, через этот резистор протекает ток .

Рис.7. Электрическая схема неинвертирующего усилителя

Так как входа ОУ не потребляют ток, то этот ток I протекает через резистор R_ос, вызывая падение напряжения:

.

Из схемы видно, что последовательно соединенные резисторы R_oc и R_вхподключены параллельно к резистору R_н (рис.8), следовательно:

Рис.8. Схема соединения резисторов

На рис.9 показаны осциллограммы входного и выходного напряжений неинвертирующего усилителя.

Рис.9. Осциллограммы входного Е_вх (а) и выходного U_вых (б) напряжений неинвертирующего усилителя

Практические замечания

1. Реальные ОУ обладают разбросом характеристик из-за невозможности точного повторения элементов при изготовлении. Основным результатом этой неточности являются неопределенность и дрейф нуля выходного напряжения, поэтому производитель часто предусматривает внешние корректирующие цепи.

2. Из-за неточности значений сопротивлений внешних элементов (R_oc и R_вх) часто в цепь обратной связи для компенсации неточности включают переменные сопротивления (потенциометры).

АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Фильтр – это схема, рассчитанная на пропускание сигналов в определенной полосе частот и подавление сигнала за пределами этой полосы. Активные фильтры включают в себя, наряду с резисторами, катушками индуктивности и конденсаторами, транзисторы или операционные усилители.

Существует 4 типа фильтров, которые различают по виду частотной характеристики (АЧХ):

- фильтр нижних частот (ФНЧ);

- фильтр верхних частот (ФВЧ);

- полосовой фильтр;

- заграждающий (режекторный).

На рис.1 представлены частотные характеристики фильтров всех четырех указанных типов.

Фильтр нижних частот (ФНЧ)– это схема, напряжение на выходе которой неизменно от постоянного тока до сигнала с частотой f_ср и далее от частоты f_ср ослабляется. На рис.1,а дан график зависимости выходного напряжения ФНЧ от частоты входного сигнала. Сплошная линия графика соответствует идеальному фильтру, тогда как пунктирные линии показывают характеристики фильтров нижних частот, получаемые на практике. Диапазон частот, в котором сигнал проходит через фильтр, называется полосой пропускания. Частоты, на которых сигнал ослабляется, проходя через фильтр, образуют полосу заграждения. Частотой среза (f_ср) называют частоту на уровне 0,707 или -3дб. На этой частоте наблюдается перегиб амплитудно-частотной характеристики. Добротность фильтра (качественный показатель) характеризуют крутизной спада (подъема) АЧХ и измеряют дб/дек (например, для рассматриваемого в работе ФНЧ крутизна спада составляет 20 дб/дек).

Фильтр верхних частот ослабляет выходной сигнал на всех частотах ниже частоты среза f_ср. Выше f_ср амплитуда напряжения на выходе постоянна.

а)

б)

в)

fср, Гц

fср, Гц

г)

Рис.1. Частотные характеристики четырех типов фильтров: ФНЧ (а), ФВЧ (б), полосового (в) и режекторного (г)

Графики частотных характеристик идеального и реальных фильтров верхних частот представлены на рис.1,б. Сплошная линия – это идеальная характеристика, а пунктирные линии показывают, как реальные ФВЧ отличаются от идеального.

Полосовые фильтры пропускают сигналы только в определенной полосе частот и ослабляют все частоты за пределами этой частоты. Режекторные фильтры действуют прямо противоположным образом, т.е. вырезают определенную полосу частот, пропуская все частоты за пределами этой полосы. Типичные частотные характеристики полосового и режекторного фильтров представлены на рис.1,в, г.

По схемному решению и виду АЧХ различают фильтры Баттерворта, Чебышева, Ли и др.