A-4. Filtry atywne rzędu II i IV Filtry atywne to ułady liniowe i stacjonarne realizowane za pomocą elementu atywnego, na tóry założono sprzężenie zwrotne zbudowane z elementów biernych i. Elementem atywnym najczęściej jest wzmacniacz operacyjny. Elementy bierne sprzężenia zwrotnego ształtują charaterystyę amplitudowo-częstotliwościową całego uładu filtru. Sprzężenie zwrotne odpowiedzalne za ształt charaterystyi amplitudowo-częstotliwościową może być zarówno dodatnie ja i ujemne. W tym pierwszym przypadu dodatniemu sprzężeniu musi towarzyszyć dodatowo sprzężenie ujemne dla zachowania stabilności całego uładu. W przypadu drugim stosuje się wielorotną pętlę sprzężenia ujemnego. W ćwiczeniu, do budowania filtrów wyorzystamy człony wadratowe (tzn. dwubiegunowe) zrealizowane w onfiguracji z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Pomiary będą zmierzać do wyznaczenia charaterysty amplitudowo-częstotliwościowych badanych filtrów atywnych. I Zares ćwiczenia Zbadać następujące ułady: 1) Filtr dolnoprzepustowy rzędu II o tłumieniu rytycznym (1 Hz) 2) Filtr dolnoprzepustowy Butterworth a rzędu IV (1 Hz) 3) Filtr pasmowoprzepustowy ( Hz 1 Hz) II ealizacja filtrów 1) Dla filtru dolnoprzepustowego podstawą jest uład z dodatnim sprzężeniem zwrotnym o dwubiegunowej transmitancji z biegunami zespolonymi. 4 db/de f g 1 1
Filtry Atywne laboratorium z Podstaw Eletronii, AGH WFiIS K(s) = ( ω s g ) 2 +(3 ) ω s g + 1, gdzie ω g = 1 = 2π f g 2) Filtr górnoprzepustowy powstaje z poprzedniego filtru przez zamianę miejscami elementów i. Jego transmitancja jest oreślona wzorem: K(s) = ( ω d s ) 2 +(3 ) ω d s + 1, gdzie ω d = 1 = 2π f d 4 db/de f d 1 3) Elementem czynnym (atywnym) jest wzmacniacz operacyjny µa741 z ujemnym sprzężeniem zwrotnym dobranym dla wymaganego wzmocnienia. Wartość jest znormalizowana dla oreślonego rodzaju i rzędu filtru i mieści się w przedziale 1 > > 3, co wynia bezpośrednio z transmitancji K(s). 1 2 µa741 = 1 + 2 1 = 1+ 2 1 4) Filtr rzędu IV (o transmitancji czterobiegunowej) powstaje z dwóch asadowo połączonych filtrów rzędu II o znormalizowanych parametrach. 2
Filtry Atywne laboratorium z Podstaw Eletronii, AGH WFiIS 5) Filtr pasmowy rzędu II powstaje z asadowo połączonych filtrów dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego. 4dB/de 4dB/de U we U wy f d 1 f g 1 III Literatura 1) Tietze, Schen - "Ułady półprzewodniowe". 2) Millman, Halias - "Ułady scalone analogowe i cyfrowe". 3) Kula, Nadachowsi - "Analogowe ułady scalone i ich zastosowanie". IV Pogram ćwiczenia 1) Filtr o tłumieniu rytycznym, rzędu II Gen 1 = 1 = Ω = F a) wyznaczyć charaterystyę amplitudowo-częstotliwościową K(s) = podać nachylenie asymptotyczne i częstotliwość graniczną f g. b) przerysować odpowiedź filtru na so napięcia u(t) = 1(t). Podać czas narastania. 2) Filtr Butterworth a rzędu IV, dolnoprzepustowy Gen 1 1 2 U 3 1 = 2,235 2 = 1,152 = Ω = F 3
Filtry Atywne laboratorium z Podstaw Eletronii, AGH WFiIS a) wyznaczyć charaterystyi amplitudowo-częstotliwościowe K 1 (s) = K 2 (s) = U 3 K(s) = U 3 podać nachylenie asymptotyczne i częstotliwość graniczną f g charaterystyi K(s). Somentować ształt, nachylenie asymptotyczne i częstotliwości graniczne charaterysty K 1 (s) i K 2 (s) w odniesieniu do charaterystyi K(s). b) przerysować odpowiedź filtru na so napięcia u(t) = 1(t). Podać czas narastania. 3) Filtr Butterworth a rzędu IV, pasmowoprzepustowy 2 2 2 2 Gen 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1 = 2,235 1 = F = Ω 2 = 1,152 2 = 16nF a) wyznaczyć charaterystyę amplitudowo-częstotliwościową K(s) = b) wyznaczyć dolną i górną częstotliwość graniczną pasma przenoszenia filtru oraz nachylenia charaterystyi. V Uwagi 1) Generator sygnału podłącza się zawsze przez wtórni napięcia, ja zaznaczono na rysunach. 2) Poziom sygnału należy ustalić ta, aby żaden ze stopni nie został przesterowany. 3) haraterystyi częstotliwościowe wyreśla się w sali: db/log f. 4
Filtry Atywne laboratorium z Podstaw Eletronii, AGH WFiIS 1 4 5 12.35 8 9 1.52 2 3 6 7 1 2 3 4 12 13 12.35 16 17 1.52 5 6 7 8 16n 16n 11 16n 16n 14 15 Filtry atywne rzędu II i IV. Schemat zestawu do ćwiczeń. 5