Фильтр на оу. Активные RC-фильтры на операционных усилителях: типы, характеристики, применение

Что такое активные RC-фильтры. Какие преимущества они имеют перед пассивными фильтрами. Какие основные типы активных фильтров существуют. Как рассчитать и спроектировать активный фильтр. Где применяются активные RC-фильтры на ОУ.

Что такое активные RC-фильтры и в чем их преимущества

Активные RC-фильтры — это электронные схемы, состоящие из резисторов, конденсаторов и активных элементов (операционных усилителей), предназначенные для частотной селекции сигналов. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с пассивными LC-фильтрами:

• Не требуют использования катушек индуктивности, которые имеют большие габариты и создают паразитные наводки
• Позволяют получить высокую добротность (до нескольких сотен)
• Обеспечивают усиление сигнала
• Имеют низкое выходное сопротивление
• Легко перестраиваются и настраиваются
• Хорошо работают на низких частотах (до долей Гц)

Активные RC-фильтры широко применяются в аудиотехнике, измерительных приборах, системах связи и других областях, где требуется эффективная частотная селекция сигналов.

Основные типы активных RC-фильтров

По виду частотной характеристики активные фильтры делятся на следующие основные типы:

• Фильтры нижних частот (ФНЧ)
• Фильтры верхних частот (ФВЧ)
• Полосовые фильтры (ПФ)
• Режекторные (заграждающие) фильтры
• Фазовые фильтры

Наиболее распространены фильтры нижних и верхних частот. Они пропускают сигналы ниже или выше заданной частоты среза соответственно. Полосовые фильтры выделяют сигналы в определенной полосе частот. Режекторные фильтры, наоборот, подавляют сигналы в заданной полосе. Фазовые фильтры изменяют фазу сигнала без изменения его амплитуды.

Схемотехника активных фильтров второго порядка

Наиболее распространенными схемами активных фильтров второго порядка являются:

Фильтр Саллена-Ки

Схема фильтра Саллена-Ки имеет следующий вид:

[Здесь можно было бы вставить изображение схемы фильтра Саллена-Ки]

Частота среза фильтра Саллена-Ки определяется формулой:

f_c = 1 / (2π√(R1·R2·C1·C2))

Фильтр Саллена-Ки обеспечивает единичное усиление в полосе пропускания и не инвертирует сигнал. Он удобен для реализации ФНЧ и ФВЧ с коэффициентом передачи, близким к единице.

Фильтр с многопетлевой обратной связью

Схема фильтра с многопетлевой обратной связью:

[Здесь можно было бы вставить изображение схемы фильтра с многопетлевой ОС]

Частота среза такого фильтра определяется формулой:

f_c = 1 / (2π√(R2·R3·C1·C2))

Фильтр с многопетлевой ОС обеспечивает усиление сигнала и инвертирует его. Он более предпочтителен для реализации фильтров с высоким коэффициентом усиления.

Расчет и проектирование активных RC-фильтров

Процесс расчета активного RC-фильтра включает следующие основные этапы:

1. Определение требований к амплитудно-частотной характеристике фильтра (АЧХ)
2. Выбор аппроксимирующей функции (Баттерворта, Чебышева, Бесселя и др.)
3. Расчет порядка фильтра
4. Выбор схемы реализации (Саллена-Ки, с многопетлевой ОС и др.)
5. Расчет номиналов элементов
6. Моделирование и оптимизация характеристик

Для расчета активных фильтров существуют специализированные программы, такие как FilterPro, FilterLab и другие. Они позволяют быстро рассчитать схему фильтра по заданным параметрам.

Применение активных RC-фильтров

Активные RC-фильтры находят широкое применение в различных областях электроники:

• Аудиотехника (эквалайзеры, кроссоверы, фильтры низких и высоких частот)
• Измерительная техника (селективные вольтметры, анализаторы спектра)
• Системы связи (модемы, приемники)
• Обработка биомедицинских сигналов (ЭКГ, ЭЭГ)
• Системы сбора данных (антиалайзинговые фильтры)
• Источники питания (фильтрация помех)

Активные RC-фильтры позволяют эффективно решать задачи частотной селекции сигналов в различных электронных устройствах. Их основными достоинствами являются простота реализации, хорошие характеристики и низкая стоимость.

Особенности реализации активных фильтров высоких порядков

Для получения крутых склонов АЧХ часто требуются фильтры высоких порядков (6-го, 8-го и выше). Их можно реализовать каскадным включением фильтров 2-го порядка. При этом необходимо учитывать следующие особенности:

• С увеличением порядка фильтра возрастает его чувствительность к разбросу параметров элементов
• Требуется тщательный подбор номиналов элементов с малым допуском
• Возможно возникновение паразитных осцилляций на высоких частотах
• Необходимо обеспечить развязку каскадов по питанию

Для упрощения расчета и реализации фильтров высоких порядков используют специализированные интегральные микросхемы активных фильтров, например, серии К1005 или зарубежные аналоги.

Перспективы развития активных фильтров

Основными направлениями совершенствования активных RC-фильтров являются:

• Повышение рабочих частот (до сотен МГц)
• Улучшение линейности характеристик
• Снижение уровня шумов
• Уменьшение энергопотребления
• Интеграция в системы на кристалле
• Разработка программно-перестраиваемых фильтров

Активные RC-фильтры продолжают оставаться важным элементом аналоговых и аналого-цифровых систем обработки сигналов. Их развитие идет в направлении повышения рабочих характеристик и уровня интеграции.

Активные RC-фильтры на операционных усилителях.

СХЕМЫ—-> Полезная схемотехника. статьи № 1-50—-> Полезная схемотехника. статьи № 51-100 Б. Успенский Простым приемом разделения каскадов по частотному признаку является установка разделительных конденсаторов или интегрирующих RС-цепей. Однако часто возникает необходимость в фильтрах с более крутыми склонами, чем у RС-цепочки. Такая потребность существует всегда, когда надо отделить полезный сигнал от близкой по частоте помехи. Возникает вопрос: можно ли, соединяя каскадно интегрирующие RС-цепочки, получить, например, сложный фильтр нижних частот (ФНЧ) с характеристикой, близкой к идеальной прямоугольной, как на рис. 1. Рис. 1. Идеальная частотная характеристика ФНЧ Существует простой ответ на такой вопрос: даже если разделить отдельные RС-секции буферными усилителями, все равно из многих плавных перегибов частотной характеристики не сделать одного крутого. В настоящее время в диапазоне частот 0…0,1 МГц подобную задачу решают с помощью активных RС-фильтров, не содержащих индуктивностей. Интегральный операционный усилитель (ОУ) оказался весьма полезным элементом для реализации активных RС-фильтров. Чем ниже частотный диапазон, тем резче проявляются преимущества активных фильтров с точки зрения микроминиатюризации электронной аппаратуры, так как даже при очень низких частотах (до 0,001 Гц) имеется возможность использовать резисторы и конденсаторы не слишком больших номиналов. Таблица 1 Сравнение характеристик фильтров нижних частот (расчетная граница полосы пропускания 1 Гц) В активных фильтрах обеспечивается реализация частотных характеристик всех типов: нижних и верхних частот, полосовых с одним элементом настройки (эквивалент одиночного LC-контура), полосовых с несколькими сопряженными элементами настройки, режекторных, фазовых фильтров и ряда других специальных характеристик. Создание активных фильтров начинают с выбора по графикам или функциональным таблицам того вида частотной характеристики, которая обеспечит желаемое подавление помехи относительно единичного уровня на требуемой частоте, отличающейся в заданное число раз от границы полосы пропускания или от средней частоты для резонансного фильтра. Напомним, что полоса пропускания ФНЧ простирается по частоте от 0 до граничной частоты fгр, фильтра высокой частоты (ФВЧ) — от fгр до бесконечности. При построении фильтров наибольшее распространение получили функции Баттерворта, Чебышева и Бесселя. В отличие от других характеристика фильтра Чебышева в полосе пропускания колеблется (пульсирует) около заданного уровня в установленных пределах, выражаемых в децибелах. Степень приближения характеристики того или иного фильтра к идеальной зависит от порядка математической функции (чем выше порядок — тем ближе). Как правило, используют фильтры не более 10-го порядка. Повышение порядка затрудняет настройку фильтра и ухудшает стабильность его параметров. Максимальная добротность активного фильтра достигает нескольких сотен на частотах до 1 кГц. Одной из наиболее распространенных структур каскадных фильтров является звено с многопетлевой обратной связью, построенное на базе инвертирующего ОУ, который в расчетах принят за идеальный. Звено второго порядка показано на рис. 2. Рис. 2. Структура фильтра второго порядка: а — нижних частот; б — верхних частот Значение С1, С2 для ФНЧ и R1, R2 для ФВЧ тогда определяются умножением или делением С0 и R0 на коэффициенты из табл. 2 по правилу: C1 = m1С0, R1 = R0/m1 С2 = m2C0, R2 = R0/m2. Звенья третьего порядка ФНЧ и ФВЧ показаны на рис. 3. Рис. 3. Структура фильтра третьего порядка: а — нижних частот; б — верхних частот В полосе пропускания коэффициент передачи звена равен 0,5. Определение элементов произведем по тому же правилу: С1 = m1С0, R1 = R0/m1 С2 = m2С0, R2 = R0/m2 С3 = m3С0, R3 = R0/m3. Таблица коэффициентов выглядит следующим образом. Таблица 2 Порядок фильтра надо определить расчетным путем, задавшись отношением Uвых/Uвх на частоте f вне полосы пропускания при известной граничной частоте fгр. Для фильтра Баттерворта существует зависимость Для иллюстрации на рис. 4 приведено сравнение характеристик трех фильтров нижних частот шестого порядка с характеристикой затухания RC-цепи. Все устройства имеют одно и то же значение fгр. Рис. 4. Сравнение характеристик ФНЧ шестого порядка: 1— фильтр Бесселя; 2 — фильтр Баттеррорта; 3 — фильтр Чебышева (пульсации 0,5 дБ) Полосовой активный фильтр можно построить на одном ОУ по схеме рис. 5. Рис. 5. Полосовой фильтр Рассмотрим числовой пример. Пусть необходимо построить селективный фильтр с резонансной частотой F0 = 10 Гц и добротностью Q = 100. Его полоса находится в пределах 9,95…10,05 Гц. На резонансной частоте коэффициент передачи В0 = 10. Зададим емкость конденсатора С = 1 мкФ. Тогда по формулам для рассматриваемого фильтра: Устройство остается работоспособным, если исключить R3 и использовать ОУ с усилением, точно равным 2Q2, Но тогда добротность зависит от свойств ОУ и будет нестабильна. Поэтому коэффициент усиления ОУ на резонансной частоте должен значительно превышать 2Q2= 20 000 на частоте 10 Гц. Если усиление ОУ превышает 200 000 на частоте 10 Гц, можно увеличить R3 на 10 %, чтобы добиться расчетного значения добротности. Не всякий ОУ имеет на частоте 10 Гц усиление 20 000, тем более 200 000. Например, ОУ К140УД7 не подходит для такого фильтра; потребуется КМ551УД1А (Б). Используя ФНЧ и ФВЧ, включенные каскадно, получают полосно-пропускающий фильтр (рис. 6). Рис. 6. Полосно-пропускающий фильтр Крутизна склонов характеристики такого фильтра определяется порядком выбранных ФНЧ и ФВЧ. Осуществляя разноc граничных частот высокодобротных ФВЧ и ФНЧ, можно расширить полосу пропускания, но при этом ухудшается равномерность коэффициента передачи в пределах полосы. Представляет интерес получить плоскую амплитудно-частотную характеристику в полосе пропускания. Взаимная расстройка нескольких резонансных полосовых фильтров (ПФ), каждый из которых может быть построен по схеме рис. 5, дает плоскую частотную характеристику с одновременным увеличением избирательности. При этом выбирают одну из известных функций для реализации заданных требований к частотной характеристике, а затем преобразуют НЧ-функцию в полосно-пропускающую для определения добротности Qр и резонансной частоты fр каждого звена. Звенья включают последовательно, причем неравномерность характеристики в полосе пропускания и избирательность улучшаются с увеличением числа каскадов резонансных ПФ. Для упрощения методики, создания каскадных ПФ в табл. 3 представлены оптимальные значения полосы частот дельта fр (по уровню —3 дБ) и средней частоты fp резонансных звеньев, выраженные через общую полосу частот дельта f (по уровню —3 дБ) и среднюю частоту f0 составного фильтра. Таблица 3 Параметры ПФ на каскадах с взаимной расстройкой Точные значения средней частоты и границ по уровню — 3 дБ лучше всего подбирать экспериментально, подстраивая добротность. На примере ФНЧ, ФВЧ и ПФ мы видели, что требования к коэффициенту усиления или широкополосности ОУ могут быть чрезмерно велики. Тогда следует перейти к звеньям второго порядка на двух или трех ОУ. На рис. 7 представлен интересный фильтр второго порядка, объединяющий в себе функции трех фильтров; с выхода и DA1 получим сигнал ФНЧ, с выхода DA2 — сигнал ФВЧ, а с выхода DА3 — сигнал ПФ. Рис. 7. Активный фильтр второго порядка Граничные частоты ФНЧ, ФВЧ и центральная частота ПФ одна и та же. Добротность также одинакова для всех фильтров. Все фильтры можно настраивать посредством одновременного изменения R1, R2 или С1, С2. Добротность независимо от этого можно-регулировать при помощи R4. Конечность усиления ОУ определяет истинную добротность Q = Q0(1 +2Q0/K). Необходимо выбрать ОУ с коэффициентом усиления К >> 2Q0 на граничной частоте. Это условие значительно менее категорично, чем для фильтров на одном ОУ. Следовательно, на трех ОУ сравнительно невысокого качества можно собрать фильтр с лучшими характеристиками. Полосно-заграждающий (режекторный) фильтр подчас необходим для вырезания узкополосной помехи, например сетевой частоты или ее гармоник. Используя, например, четырехполюсные ФНЧ и ФВЧ Баттерворта с граничными частотами 25 Гц и 100 Гц (рис. 8) и отдельный сумматор на ОУ, получим фильтр на частоту 50 Гц с добротностью Q = 5 и глубиной режекции —24 дБ. Рис. 8. Полосно-заграждающий фильтр Достоинством такого фильтра является то, что его характеристика в полосе пропускания — ниже 25 Гц и выше 100 Гц — оказывается идеально плоской. Как и полосовой фильтр, режекторный фильтр можно собрать на одном ОУ. К сожалению, характеристики таких фильтров не отличаются стабильностью. Поэтому рекомендуем применять гираторный фильтр на двух ОУ (рис. 9). Рис. 9. Режекторный гираторный фильтр Резонансная схема на усилителе DA2 не склонна к генерации. При выборе сопротивлений следует выдержать соотношение R1/R2 = R3/2R4. Установив емкость конденсатора C2, изменением емкости конденсатора С1 можно настроить фильтр на требуемую частоту В небольших пределах добротность можно регулировать подстройкой резистора R5. Используя эту схему, можно получить глубину режекции до 40 дБ, однако амплитуду входного сигнала следует уменьшать чтобы сохранить линейность гиратора на элементе DA2. В описанных выше фильтрах коэффициент передачи и фазовый сдвиг зависели от частоты входного сигнала. Существуют схемы активных фильтров, коэффициент передачи которых остается постоянным, а фазовый сдвиг зависит от частоты. Такие схемы называют фазовыми фильтрами. Они используются для фазовой коррекции и задержки сигналов без искажений. Простейший фазовый фильтр первого порядка показан на рис. 10. Рис. 10 Фазовый фильтр первого порядка На низких частотах, когда емкость конденсатора С не работает, коэффициент передачи равен +1, а на высоких —1. Изменяется только фаза выходного сигнала. Эта схема с успехом может быть использована как фазовращатель. Изменяя сопротивление резистора R, можно регулировать на выходе фазовый сдвиг входного синусоидального сигнала. Существуют также фазовые звенья второго порядка. Объединяя их каскадно, строят фазовые фильтры высоких порядков. Например, для задержки входного сигнала с частотным спектром 0…1 кГц на время 2 мс требуется фазовый фильтр седьмого порядка, параметры которого определяются по таблицам. Следует отметить, что любое отклонение номиналов используемых RC-элементов от расчетных приводит к ухудшению параметров фильтра. Поэтому желательно применять точные или подобранные резисторы, а нестандартные номиналы образовывать параллельным включением нескольких конденсаторов. Электролитические конденсаторы применять не следует. Помимо требований по усилению ОУ должен обладать высоким входным сопротивлением, значительно превышающим сопротивления резисторов фильтра. Если этого обеспечить нельзя, подключите перед входом инвертирующего усилителя повторитель на ОУ. Отечественная промышленность выпускает гибридные интегральные схемы серии К298, которая включает RС-фильтры верхних и нижних частот шестого порядка на базе усилителей с единичным усилением (повторителей). Фильтры имеют 21 номинал граничной частоты от 100 до 10 000 Гц с отклонением не более ±3%. Обозначение фильтров К298ФН1…21 и К298ФВ1…21. Принципы конструирования фильтров не ограничиваются приведенными примерами. Менее распространены активные RC-фильтры без сосредоточенных емкостей и индуктивностей, использующие инерционные свойства ОУ. Предельно высокие значения добротности, вплоть до 1000 на частотах до 100 кГц, обеспечивают синхронные фильтры с коммутируемыми емкостями. Наконец, методами полупроводниковой технологии с зарядовой связью создают активные фильтры на приборах с переносом заряда. Такой фильтр верхних частот 528ФВ1 с граничной частотой 820…940 Гц имеется в составе серии 528; динамический фильтр нижних частот 1111ФН1 является одной из новых разработок. Литература Грэм Дж., Тоби Дж., Хьюлсман Л. Проектирование и применение операционных усилителей.— М. : Мир, 1974, с. 510. Марше Ж. Операционные усилители и их применение.— Л. : Энергия, 1974, с. 215. Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ.— М. : Мир, 1981, с. 268. Т и т ц е У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.— М. Мир, 1982, с. 512. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т. 1.— М. Мир, 1983, с. 598.

введение в активные фильтры второго порядка

Добавлено 19 декабря 2019 в 09:49

В данной статье мы сравним активные и пассивные фильтры и рассмотрим некоторые распространенные схемы активных фильтров второго порядка.

Активный или пассивный

Если ваш фильтр состоит только из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, это пассивный фильтр. Схема становится «активной», когда вы добавляете активный компонент, например, транзистор. Теоретически можно разработать схему активного фильтра на базе отдельного транзистора в сочетании с пассивными компонентами, но на практике в качестве активного компонента выбирается операционный усилитель. Операционные усилители обладают преимуществами в производительности по сравнению с дискретными транзисторами, а также упрощают процесс проектирования и анализа схемы фильтра. Поэтому, читая данную статью, имейте в виду, что для всех практических применений «активный фильтр» означает «активный фильтр на базе операционного усилителя».

Пассивный ≠ плохой

Важно понимать, что активные фильтры по своей природе не «лучше», чем пассивные фильтры. Наоборот, я предпочитаю пассивные фильтры и использую их по мере возможности. Вот некоторые преимущества старомодного подхода:

• Не нужно беспокоиться о неидеальных характеристиках операционного усилителя – напряжение смещения, ограничения полосы пропускания, шум…
• Разводка на макетной или реальной печатной плате проще и чище без подключения питания и земли, необходимых для операционного усилителя.
• Пассивные схемы более просты и, следовательно, менее подвержены ошибкам проектирования – например, сравните фильтр нижних частот резистор-индуктивность-конденсатор (RLC) (смотрите следующий раздел) с эквивалентной схемой Саллена-Ки (прокрутите вниз до раздела «Схема Саллена-Ки»).

Активные фильтры, безусловно, имеют свои преимущества. Наиболее заметное преимущество, которое применяется к фильтрам как первого, так и второго порядка, – это улучшенные характеристики импеданса. Операционные усилители обеспечивают высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, и, таким образом, активный фильтр на базе операционного усилителя может превзойти пассивную реализацию, когда входной сигнал поступает с источника с относительно высоким импедансом, или когда выходной сигнал должен подаваться на нагрузку с относительно низким импедансом.

Другим преимуществом является усиление: если сигнал должен быть не только отфильтрован, но и усилен, у вас действительно нет другого выбора, кроме как использовать активный фильтр – либо конкретную топологию активного фильтра, либо схему пассивного фильтра с усилителем.

Прежде чем мы продолжим, я должен отметить, что, безусловно, возможно создать активный фильтр второго порядка, который состоит из операционного усилителя и двух фильтров первого порядка. Два каскада фильтров соединяются последовательно, а операционный усилитель служит буфером между ними. Эти «включенные каскадно» фильтры неизбежно вызывают постепенный переход от полосы пропускания к полосе задерживания, что приводит к нелинейной фазовой характеристике и значительному ослаблению сигналов вблизи конца полосы пропускания. Обсуждаемые ниже две топологии второго порядка обычно предпочтительнее, поскольку они позволяют оптимизировать конкретную схему для более резкого перехода от полосы пропускания к полосе задерживания, минимального ослабления в полосе пропускания или линейной фазовой характеристики.

Гнусная индуктивность

Как указано в названии, данная статья фокусируется на активных фильтрах второго порядка, то есть фильтрах, которые имеют в своих передаточных функциях два полюса и, таким образом, достигают более крутого спада. Пассивным фильтрам для обеспечения характеристики второго порядка необходимы два элемента накопления энергии – конденсатор и индуктивность. .. И вот тут начинается беда. Вот RLC фильтр нижних частот второго порядка с формулами частоты среза (f_ср) и добротности (Q):

Рисунок 1 – RLC фильтр нижних частот второго порядка

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \qquad Q=\left(2\pi f_{ср}\right)\times CR\]

Этот приличный фильтр испорчен связью с катушкой индуктивности. Дело в том, что катушки индуктивности совершенно непопулярны, и вот почему:

• они громоздкие, а, как вы, наверное, заметили, производители электроники хотят сделать свои устройства меньше по размеру, а не больше;
• индуктивности не особенно совместимы с технологиями изготовления интегральных микросхем:
  • вы не можете получить большую индуктивность от катушки в микросхеме, что означает, что частота среза фильтра не может быть очень низкой;
  • катушки индуктивности в микросхемах по настоящему неидеальны; различные паразитные импедансы окружения микросхем являются более проблематичными, чем те, которые испытывают дискретные катушки индуктивности;
• катушки индуктивности генерируют больше электромагнитных помех (ЭМП), чем резисторы и конденсаторы, и они также более восприимчивы к ЭМП.

Явный конфликт между катушками индуктивности и тенденциями, которые доминируют в электронной промышленности – миниатюризация, монолитное изготовление, беспроводные функции – является основной мотивацией для поиска фильтров второго порядка, которые не требуют индуктивности.

Антониу и его имитация катушки индуктивности

Одним из способов избежать проблем, связанных с катушками индуктивности, является использование схемы, которая ведет себя как катушка индуктивности, но требует только резисторов, конденсаторов и операционных усилителей. Андреас Антониу изобрел следующую «схему имитации индуктивности»:

Рисунок 2 – Схема имитации катушки индуктивности Андреаса Антониу

\[\text{эквивалентная индуктивность}:\ L=\frac{R_1R_3R_4C_1}{R_2}\]

То, как профессор Антониу придумал это, мне понять не под силу. В любом случае я не буду останавливаться на этой схеме, поскольку топологии Саллена-Ки и множественной обратной связи (MFB, Multiple Feedback) представляют собой более простой и более прямой путь к реализации фильтра второго порядка. Однако следует помнить, что различные RLC фильтры могут быть реализованы без катушек индуктивности с помощью схемы имитации индуктивности.

Схема Саллена-Ки

Фильтр Саллена-Ки дает вам два полюса с помощью одного операционного усилителя и нескольких пассивных элементов. Ниже приводится реализация Саллена-Ки фильтра нижних частот с единичным усилением.

Рисунок 3 – Фильтр нижних частот с единичным усилением по схеме Саллена-Ки

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{R_1C_1R_2C_2}}\]

Часто бывает так, что нет необходимости усиливать какую-либо часть входного сигнала; фильтр предназначен для подавления нежелательных частот, и хорошо, если интересующие частоты просто проходят. Эти схемы с единичным усилением достаточно распространены, чтобы сделать схему Саллена-Ки очень популярным фильтром, несмотря на то, что топология множественной обратной связи выгодна, когда необходимо усиление значительно выше единицы.

Давайте подумаем о том, что происходит на низких частотах. C₁ и C₂ становятся разрывами в цепи, и резисторы теряют свою актуальность, поскольку ток, протекающий через положительный вход операционного усилителя, пренебрежимо мал. Таким образом, мы остались с повторителем напряжения. Это означает, что 1) фильтр Саллена-Ки не инвертирует сигнал и 2) коэффициент усиления будет почти равен единице независимо от значений номиналов компонентов. Как вы увидите в следующем разделе, коэффициент усиления схемы с множественной обратной связью определяется значениями номиналов компонентов даже при единичном усилении, и это объясняет, почему топология Саллена-Ки более предпочтительна для приложений с единичным усилением.

Множественная обратная связь (MFB)

На рисунке ниже показана схема активного фильтра нижних частот с множественной обратной связью (MFB, Multiple Feedback):

Рисунок 4 – Схема активного фильтра нижних частот с множественной обратной связью

\[f_{ср}=\frac{1}{2\pi\sqrt{R_2R_3C_1C_2}}\]

\[\text{коэффициент усиления по постоянному напряжению} =\ \frac{R_3}{R_1}\]

Если вы замените конденсаторы на разрывы в цепи и проигнорируете R2 (опять же, потому что входной ток незначителен), вы узнаете стандартную схему инвертирующего усилителя на ОУ:

Рисунок 5 – Стандартная схема инвертирующего усилителя на ОУ

Таким образом, схема с множественной обратной связью является инвертирующей топологией. Вы можете вспомнить, что инвертирующей версии повторителя напряжения нет; если вам нужна схема операционного усилителя с единичным усилением, вы должны использовать инвертирующий усилитель с R₁ = R₃. То же самое относится и к топологии с множественной обратной связью: для единичного усиления вы устанавливаете R₁ = R₃, что означает, что точность вашего коэффициента усиления зависит от точности номиналов ваших резисторов. Однако при увеличении усиления схема с множественной обратной связью на самом деле становится менее чувствительной к погрешностям номиналов компонентов, чем эквивалентная реализация Саллена-Ки, поэтому схема с множественной обратной связью обычно является лучшим выбором для фильтров с более высоким усилением.

Заключение

Мы рассмотрели довольно много вводной информации, касающейся того, почему мы используем активные фильтры второго порядка, и как мы создаем схемы второго порядка, используя один операционный усилитель в сочетании с конденсаторами и резисторами. Тем не менее, мы лишь поверхностно прошлись по этому обширному предмету. Следите за будущими статьями, в которых более подробно рассматриваются эти и связанные с ними темы.

Оригинал статьи:

• Robert Keim. Inductor Out, Op-Amp In: An Introduction to Second-Order Active Filters

Теги

Активный фильтрЗамена индуктивностиИндуктивностьКатушка индуктивностиМножественная обратная связьОбратная связьОУ (операционный усилитель)ФильтрФильтр второго порядкаФильтр на операционном усилителеФильтр Саллена-КиФильтрацияЧастота среза

Лучшие масляные и воздушные фильтры для автомобилей, грузовиков и внедорожников.

O’Reilly Auto Parts предлагает воздушные фильтры, масляные фильтры, топливные фильтры, воздушные фильтры салона, а также гидравлические и специальные фильтры для тысяч применений. Найдите ближайший к вам магазин

Для правильной работы вашего автомобиля требуется множество различных фильтров. От масляных и воздушных фильтров до топливных и трансмиссионных фильтров фильтры являются жизненно важной частью многих систем вашего автомобиля. Все фильтры отделяют и изолируют загрязняющие вещества, грязь и мусор до того, как они попадут в двигатель или пассажирский салон. Тип и расположение фильтра различаются в зависимости от автомобиля, но все различные фильтры вашего автомобиля отвечают за чистоту и бесперебойную работу. Например, масляный фильтр улавливает частицы моторного масла до того, как оно попадет обратно в двигатель, предотвращая повреждение движущихся частей двигателя. Воздушный фильтр собирает пыль и мусор из воздуха перед его подачей в двигатель. Салонные воздушные фильтры также защищают пассажирский салон от пыли, грязи и аллергенов. Другие фильтры на вашем автомобиле могут включать топливный фильтр и фильтр коробки передач. Все фильтры следует заменять регулярно, но некоторые из них, например масляный фильтр, следует заменять чаще, чем другие. В руководстве по эксплуатации должны быть указаны интервалы обслуживания для каждого фильтра вашего автомобиля.

Показать больше Показывай меньше

Масляные фильтры

Воздушные фильтры

Салонные воздушные фильтры

Топливные фильтры

Фильтры передачи

Холодный воздухозаборник и воздухоочистители

Если вам нужны фильтры, O’Reilly Auto Parts предлагает фильтры одних из лучших и самых известных брендов в отрасли. Мы предлагаем фильтры MicroGard, K&N, WIX, ACDelco, Mopar и Fram, а также нашу линейку фильтров MicroGard. Эти производители выпускают качественные автомобильные фильтры для самых разных систем. Найдите подходящий фильтр предпочитаемой марки для вашего ремонта, просмотрев наш выбор.

Показать больше Показывай меньше

Купить фильтры MicroGard

Купить фильтры K&N

Купить фильтры WIX

Купить фильтры ACDelco

Купить фильтры Mopar

Купить рамочные фильтры

Фильтры — не единственное, что вам нужно для бесперебойной работы вашего автомобиля. У нас также есть фильтрующее масло и очистители для многоразовых воздушных фильтров, воронки для капельных и дренажных поддонов, лианы и ключи для фильтров для замены масла, рабочие фильтры и комплекты для впуска холодного воздуха. Чем чище воздух, масло и топливо, тем эффективнее будет работать ваш автомобиль, поэтому регулярно проверяйте и обслуживайте свои фильтры. У нас есть поддоны и поддоны для хранения жидкостей, и мы помогаем держать их подальше от пола, пока вы завершаете ремонт. Воронки могут помочь ограничить разливы, а ключи для фильтров и ползунки — отличные инструменты для замены масла. Мы также предлагаем высокопроизводительные фильтры и впускные комплекты, чтобы придать вашему автомобилю дополнительный импульс.

Показать больше Показывай меньше

Очистители фильтров и масло

Поддоны для слива масла

Воронки

Криперы

Ключи для масляных фильтров

Фильтры производительности и впускные комплекты

Регулярная замена фильтров вашего автомобиля может привести к увеличению расхода бензина, лучшему ускорению, увеличению срока службы двигателя, снижению выбросов и повышению общей производительности двигателя. O’Reilly Auto Parts предлагает воздушные, масляные, топливные, салонные, гидравлические и специальные фильтры для тысяч автомобильных, сельскохозяйственных, внедорожных, автопарков и тяжелых условий эксплуатации. Если вы ищете другие автозапчасти, O’Reilly Auto Parts также предлагает корпуса масляных фильтров, масляные сапуны и крышки, воздухоочистители в сборе, топливопроводы и хомуты и многое другое для всех ваших фильтрующих систем. Замена жидкости, фильтров и масла должна производиться примерно каждые 3000 миль или с интервалом, рекомендованным руководством по эксплуатации вашего автомобиля. Руководство пользователя также может помочь вам определить правильную вязкость масла, необходимого для замены масла. Регулярная замена фильтров вашего автомобиля может привести к увеличению расхода бензина, лучшему ускорению, увеличению срока службы двигателя, снижению выбросов и общему улучшению характеристик двигателя. O’Reilly Auto Parts предлагает воздушные, масляные, топливные, салонные, гидравлические и специальные фильтры для тысяч автомобильных, сельскохозяйственных, внедорожных, автопарков и грузовых автомобилей. Если у вас есть какие-либо вопросы о том, какой фильтр лучше всего подходит для вашего автомобиля или ремонтных работ, поговорите с одним из наших специалистов по запчастям сегодня, либо в магазине, либо с помощью нашей функции чата помощи в реальном времени. Если вы все еще задаетесь вопросом: «Есть ли рядом со мной фильтры?», поищите в местном магазине подходящие фильтры, которые вам нужны для ремонта.

Воздушный фильтр | Автозапчасти O’Reilly

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Сравнить

Воздушный фильтр MicroGard

Воздушный фильтр удаляет и задерживает пыль, грязь и другие загрязняющие вещества из воздуха, поступающего в двигатель.