I
И З М Е Р Е Н И Я
I
U7 типа OP07. С помощью фильтра
нижних частот R12С8 из сигнала вы-
деляется постоянная составляющая,
которая подается на вход активного
интегратора. Выходное напряжение
интегратора через резистор R10 по-
дается в точку суммирования. Таким
образом, постоянная составляющая
сигнала на выходе активного LPF
(выход ОУ U5D) будет поддержи-
ваться равной нулю с точностью до
напряжения смещ ения ОУ U7. В
тракте генератора нигде нет разде-
лительных емкостей. Это позволяет
в случае необходимости работать на
инфранизких частотах. Снизу огра-
ничение на диапазон частот накла-
дывает схема компенсации смеще-
ния нуля. С указанными на схеме но-
миналами на частоте 1 Гц будет спад
около -2 дБ. Диапазон частот мож-
но расширить вниз, увеличив емко-
сти конденсаторов С7 и С8.
В качестве активного LPF приме-
нен фильтр Баттерворта 4-го поряд-
ка. Существует много методик рас-
чета фильтров. Наиболее распрост-
раненные из них предлагают внача-
ле выбрать номиналы резисторов
(все резисторы одинаковые), а за-
тем, используя табличные значения
коэффициентов, рассчитать емкос-
ти конденсаторов. Такой метод рас-
чета вряд ли является целесообраз-
ным. Чтобы получить реальные ха-
рактеристики фильтра, близкие к
расчетным, необходимо выдержать
номиналы элементов с хорошей точ-
ностью (для фильтра 4-го порядка
желательно не хуже 1.
..2% ). По-
скольку-прецизионные конденсато-
ры являются более дефицитными
элементами по сравнению с преци-
зионными резисторами, целесооб-
разнее вначале выбрать емкости
конденсаторов (из имеющихся), а за-
тем рассчитать номиналы резисто-
ров. В обычной структуре фильтра
Sailen & Key с коэффициентом пе-
редачи, равным единице, номиналы
конденсаторов не могут быть одина-
ковыми, так как значения сопротив-
лений должны быть действительны-
ми. Однако если коэффициент пере-
дачи фильтра в полосе пропускания
выбрать равным двум, то становит-
ся возможным применить одинако-
вые номиналы. К тому же, в этом
случае расчетные формулы значи-
тельно упрощаются. Для звена 2-го
порядка (рис. 5), формулы имеют
следующий вид [2]:
R1 = 1 / (а х
2п
x f х С);
R2 = (R1 х а2) / Ь,
где f - частота среза.
Емкость конденсаторов С выби-
рают заранее, для этого можно вос-
пользоваться приблизительной фор-
мулой:
С [нФ] » 10 / f [кГц]
Резисторы обратной связи Rfb
целесообразно выбрать так, чтобы
значения сопротивлений, приведен-
ные к разным входам ОУ, были оди-
наковыми и компенсировали смеще-
ние, вызванное входными токами.
Для этого сопротивления резисто-
ров (для К = 2 они одинаковые) рас-
считывают по формула
Rfb = 2 (R1 + R2)
Коэффициенты а и b для фильт-
ра Баттерворта 2-го, 4-го и 6-го по-
рядков приведены в таблице 1.
Чтобы получить порядок фильт-
ра больше 2-го, звенья соединяют
последовательно. Порядок следо-
вания звеньев фильтра может быть
произвольным. Для получения наи-
лучш его отнош ения сигнал/ш ум
звенья включают в порядке сниже-
ния частоты среза. Но в генерато-
ре фильтр работает при большом
сигнале и критерием является мак-
симальная перегрузочная способ-
ность. Дело в том, что звенья с
большей частотой среза имеют, как
Таблица 1. Коэффициенты ФНЧ Баттерворта
2-ро1е
4-pole
6-pole
a
1,4142
1,8478
0,7654
1,9319
1,4142
0,5176
ь
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
«л
1,000
0,719
1,390
0,676
1,000
1,479
Q
0,71
0,54
1,31
0,52
0,71
1,93
В двух последних строчках таблицы приведено отношение частоты среза звена к частоте
среза фильтра и добротность звена.
22 t
Рис. 5. Звено ФНЧ 2-го порядка
правило, большую добротность по-
лю сов и, соответственно, м огут
иметь довол ьно значительны й
подъем АЧХ вблизи частоты среза.
Это создает условия для возникно-
вения перегрузки. Поэтому в гене-
раторе звенья 1_РБ расположены в
порядке возрастания частоты сре-
за (в таблице они идут в таком же
порядке).
Во многих случаях гораздо важ-
нее получить нужную форму АЧХ
фильтра, чем обеспечить точность
частоты среза. Вначале планировав
лось применить фильтр с частотой
среза 60 кГц. Но при расчетах час-
тота варьировалась так, чтобы рас-
считанные номиналы резисторов
оказались как можно ближе к стан-
дартному ряду. В итоге удалось по-
лучить фильтр, который построен
полностью на стандартных номина-
лах из ряда Е24, хотя частота сре-
за получилась несколько другой:
57,4
кГц. Такое отклонение часто-
ты практически не влияет на рабо-
ту генератора. Расчет фильтра про-
изводился с помощью специально
написанной программы
Ipf2.exe.
Реальная АЧХ фильтра из-за от-
клонений номиналов резисторов и
конденсаторов будет несколько от-
личаться от рассчитанной теорети-
чески. Однако, даже при использо-
вании элементов с допуском ±5%,
характеристики фильтра остаются
в допустимых пределах. Измерен-
ная АЧХ ф ильтра приведена на
рис. 6.
На выходе фильтра включен ре-
гулятор выходного уровня Н1, рас-
положенный на передней панели.
Генератор должен иметь доста-
точно низкое выходное сопротив-
ление. Для этого на выходе вклю-
чен буферный усилитель. Поскольку
| Радиолюбитель - 0 3 /2 0 0 6
предыдущая страница 21 Радиолюбитель 2006-03 читать онлайн следующая страница 23 Радиолюбитель 2006-03 читать онлайн Домой Выключить/включить текст