Фильтры

В современной аппаратуре важное место занимают активные RC фильтры. По принципу действия их делят на три типа: преобразователи полного отрицательного сопротивления, гираторы и фильтры на усилителях с отрицательной ОС.

С помощью преобразователей и гираторов можно имитировать катушки индуктивности. Преобразователи полного отрицательного сопротивления способны менять сопротивление элемента, подключенного к одному входу, на отрицательное сопротивление по отношению к другому входу. Так, ёмкость преобразуется в обратную индуктивность 1/(jwC)->j/(wC). Ток в этой цепи запаздывает относительно приложенного напряжения. Здесь при увеличении частоты ток в цепи убывает, а не растёт, как в обычной катушке. Фильтры, построенные на таких преобразователях, имеют существенный недостаток - значительное изменение частотной характеристики при изменении параметров элементов.

В гираторах происходит преобразование положительного сопротивления в отрицательное, ёмкость преобразуется в индуктивность, т.е. 1/(jwC)->jwC. Здесь зависимость постоянной характеристики от параметров элементов так же велика как и у преобразователей полного отрицательного сопротивления.

С помощью этих преобразователей и гираторов можно реализовать филтры с передаточными характеристиками высших порядков, по свойствам сравнимые с LC фильтрами.

Наибольшую популярность имеют фильтры на усилителях с отрицательной ОС. Эти фильтры не предъявляют жёстких требований к точности номиналов его элементов, и позволяют создавать самые различные селективные устройства. Такие фильтры дают возможность решать определённые задачи: содержать малое число элементов, как активных, так и пассивных; быть простым в налаживании; малочувствительными к влиянию разброса параметров элементов, в особенности конденсаторов; не предъявлять жёстких требований к применяемому ОУ, в особенности требований к ширине полосы пропускания и полному входному и выходному сопротивлениям; иметь малую зависимость характеристик фильтра от изменения параметров элементов и коэффициента усиления ОУ, в частности от произведения коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Решение последней задачи наиболее важно, так как фильтры, требующие соблюдения высокой точности значений параметров элементов, трудно налаживать, и по мере старения характеристики фильтра существенно ухудшаются.

В этом разделе собраны описания различных фильтров, построенных как на LC-элементах, так и с использованием ОУ. Все они были разработаны для применения в современных устройствах различного назначения.