Усиление каскада на операционном усилителе определяется сопротивлением резисторов, включенных в цепь обратной связи и их соотношением. Наличие конденсатора в этой цепи, делает усиление частотно зависимым. Конденсатор совместно с одним из резисторов образует RC цепь с определенным образом выбранной частотой среза, которая и будет определять частотные свойства усилителя. Усиление каскада станет частотно зависимым.

На этом принципе строятся различные активные фильтры на операционных усилителях, фильтры низких, высоких частот, полосовые фильтры, регуляторы тембра. Несколько основных примеров для инвертирующих и неинвертирующих усилителей на ОУ

Активный ВЧ фильтр неинвертирующий (Low pass filter LPS)

Если конденсатор отсутствует, схема является неинвертирующим усилителем с коэффициентом усиления 10 (1 + R2 / R1).

Так как реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты Xc = 1 / (2πfC) а частота среза RC фильтра fc = 1 / (2πRC).

На первой схеме конденсатор C2 включен параллельно резистору обратной связи R2. На низких частотах fc сопротивление конденсатора значительно больше, чем R2, по мере увеличения частоты сопротивление конденсатора уменьшается и становится сопоставимым с сопротивлением резистора. Это приводит к уменьшению общего сопротивления цепи C2, R2 и соответственно снижению усиления. Когда f>fc сопротивление C2 очень низкое и усиление отсутствует вовсе.

Активный НЧ фильтр инвертирующий (High pass filter HPS)

На второй схеме конденсатор C1 включен последовательно с резистором R1. Когда fc реактивное сопротивление конденсатора велико и общее равняется R1+ Xc= Xc, усиление при этом равно 1+R2/R1=10, когда Xc< R1.

Активный ВЧ фильтр инвертирующий

На низких частотах сопротивление конденсатора высокое, намного выше, чем у R2, поэтому усиление определяется его сопротивлением. На высоких частотах наоборот, сопротивление конденсатора ниже, чем у резистора R2 и он уже оказывает влияние на усиление. Усиление инвертирующего усилителя определяется соотношением R2/R1 и в данном случае будет меньше 1. Усиление продолжит уменьшаться с повышением частоты выше частоты среза.

Активный НЧ фильтр инвертирующий

На низких частотах, ниже частоты среза, сопротивление конденсатора высокое, намного выше, чем R1 и поскольку он включен последовательно с R1 он будет оказывать влияние на усиление. С повышением частоты его сопротивление будет уменьшаться и когда оно станет меньше чем у R1, то усиление будет определятся величиной R1 опять же в соотношении R2/R1.

Активный полосовой фильтр (Band pass filter BPS)

Фильтр низких и фильтр высоких частот можно объединить в полосовой фильтр. На скринах показаны частоты срезов, которые охватывают звуковой диапазон (20 Гц — 20 кГц). Для инвертирующего и неинвертирующего усилителя есть разница в усилении за пределами полосы пропускания. В инвертирующем усилителе оно продолжает падать по мере удаления от полосы пропускания, а в неинвертирующем усиление падает только до 1 (0 дБ).

В практических схемах усилители каскадируются с целью увеличения усиления и для более крутого спада вне полосы пропускания.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *