Рис. 7.20. Амплитудно.ЧасК)Тная характернста-ка уснпителя.покаэанного на рис. 7.19: 1 - область средних щстот

fa f

входное сопротивление в области средних частот Bx=W;

нижняя граничная частота

верхняя граничная частота

2nC2R2

ширина полосы пропускания Д/=/в-/н-

Амплитудно-частотная характеристика усилителя, показанного на рис. 7.19, изображена на рис. 7.20.

На рис. 7.21, а приведена схема активного фильтра нижних частот на основе ОУ. Фильтр пропускает сигналы в диапазоне от нуля до некоторой граничной частоты без ослаблешя. Более высокие частоты ослабляются. Амплитудно-частотная характеристика в этой области имеет наклон 6 дБ на октаву.

Вход

Выход

Рис. 7.21. Варианты активных фильтров: а -ФНЧ; б- ФВЧ

Па рис. 7.21, б показана схема активного фильтра высоких частот (ФВЧ). В этой схеме значительно ослабляются сигналы в диапазоне от нуля до некоторой граничной часготы. Сигналы более высокой частоты передаются без ос1абпения. Граничные частоты, Гц, для обеих схем могут быть найдены из соотношения

15 915

где С- емкость, нФ.

Пример 7.8. Требуется спроектировать инвертирующий усилитель на основе ОУ с /4t/=-l иЛ =10 кОм.

За основу берется схема, проведенная на рис. 7.15, а. Поскольку /?пх = следует выбрать R1 = 10 кОм. Сопротивление резистора R2 рассчитывается по формуле

RlRp 10 -10

R2 =

RI + Rp

10+10

= 5 кОм.

Выбираем сопротивление R2 = 4,7 кОм. Схема усилителя показана на рис. 7.22.

Рис. 7.22. Инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления (пример 7.8)

Пример 7.9. Рассчитайте параметры усилителя переменного напряжения, схема которого изображена на рис. 7.19, в соответствии со следующими условиями: коэффициент усиления в области срещжх частот >1 ро = -10; входное сопротивление в области срещшх частот Лвх ~ 10 кОм; нижняя граничная частота =50 Гц; верхняя граничная частота /д =5 кГц.

У этого усилителя R = RI, поэтому R1 = 10 кО.м. Коэффициент

усилении напряжения А, - -- =-10, поэтомуЛ2 = 100 кОм.

Емкость конденсатора

CI =

= 318 нФ,

27ГЛ 6.28 . 10 . 10 50

а емкость конденсатора можно взять CI =330 нФ.

Емкость конденсатора

С2 =

2w 2/g 6.28 . 10* -5 10

= 318 пф.

Выбираем соответственно емкости С1 =330 нФ и С2 =330 нФ. Таким образом, i?i = 10 кОм; Л2 = 100 кОм; С! = 330 нФ; С2 = =330 пФ.

Пример 7.10. Спроектируйте усилитель с регулируемым коэффициентом усиления напряжения в диапазоне от 1 до 10.

Задача решается путем введения переменного сопротивления в цепь обратной связи. Выбрав входное сопротивление усилителя равным 10 кОм, легко определить, что сопротивление цепи обратной связи должно изменяться в интервале от 10 до 100 кОм. Поэтому в цепь обратной связи последовательно включаются постоянное сопротивление 10 кОм и переменное сопротивление 100 кОм. Схема устройства приведена на рис. 7.23. На рис. 7.24 показана схема регулируемого неинвертирующего усилителя.

о-с=1-№

Вход

100 к

Вьрсод 10 к

10 к

Рис. 7.23. Инвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (пример 7.10)

Рис. 7.24. Неинвертирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления напряжения

Пример 7.12. Спроектируйте фильтр низких частот с частотой среза 4 кГц и фильтр высоких частот с частотой среза 100 Гц.

Схема фильтра низких частот изображена на рис. 7.21, а Требуемое значение емкости конденсатора С рассчитывается по формуле

15 915

15 915

= 3,97 нФ.

Такая емкость реализуется путем последовательного соединения конденсаторов емкостью 27 и 4,7 нФ (см. приложение 1).

Схема фильтра высоких частот приведена на рис. 7.21, б. Емкость конденсатора С рассчитывается по формуле

15 915

15 915 100

= 159,1 нФ.

Реализовать эту емкость можно путем последовательного соединения конденсаторов емкостью 270 и 390 нФ (см. приложение 1).

Небольшие замечания и советы

Операционные усилители обычно питаются от двух источников, напряжение которых может изменяться в пределах от ± 9 до ± 15 В. На принципиальной схеме эти цепи, как правило, не показаны.

В случае, когда имеется только один источник электропитания (например, +12 В), можно создать искусственную среднюю точку с помощью резистивного делителя напряжения. Причем входной сигнал следует подавать относительно этой искусственной средней точки. Параллельно резисторам делителя необходимо включить фильтрующие конденсаторы (47 или 100 мкФ). Входной сигнал переменного тока целесообразно подавать через разделительный конденсатор.

Произведение Abf для усилителя есть величина постоянная. Дпя большинства современных ОУ она равна примерно 2 МГц. Частотная и переходная характеристики усилителя взаимосвязаны. Чем больше произведение AuLf, тем быстрее может изменяться напряжение на выходе усилителя.

ПРИЛОЖЕНИЕ I

ТАБЛИЦЫ НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО И ПАРАЛЛЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫХ РЕЗИСТОРОВ, КОНДЕНСАТОРОВ И ИНДУКТИВНОСТЕЙ

Эти таблицы могут быть использованы для определения номинальных значений последовательно и параллельно соединенных резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности серии Е12.

В табл. П1.1 приведены параметры для резисторов и катушек индуктивности, соединенных последовательно, а также для конденсаторов, соединенных параллельно.

В табл. П1.2 приведены параметры для резисторов и катушек, соединенных параллельно и для конденсаторов, соединенных последовательно.

Пример П1.1. Требуется резистор сопротивлением 25 Ом. Какие два стандартных резистора следует соединить последовательно для решения этой задачи?

Иэ табл. П1.1 следует, что сопротивление 25 Ом можно получить при последовательном соединении резисторов сопротивлением 10 и 15 Ом.

Пример П1.2. Из табл. П1.1 очевидно, что для получения индуктивности 90 мкГн следует соединить последовательно катушки индуктивностью 68 (первый столбец слева) и 22 мкГц (первая строка вверху).

Пример П1.3. Из табл. П1.2 следует, что для получения индуктивности 40 мГн нужно соединить параллельно катушки индуктивностью 270 (первый столбец) и 47 мГн (первая строка).

Пример П1.4. Требуется получить емкость 6 мкФ при последовательном соединении конденсаторов. Из табл. П1.1 очевидно, что емкость 60 мкФ можно определить путем последовательного соеданения конденсаторов емкостью 27 (первый столбец) и 33 мкФ (первая строка). Для обеспечения же емкости 6 мкФ следует использовать конденсаторы емкостью 2,7 и 3,3 мкФ, т. е. результат, полученный из табл. П1.1, уменьшается в Ш раз.

Тайлица П1.1. Номинальные значения параметров резнеторов, ТтТшек индуктивности, соединенньк последовательно,

н конденсаторов, соединенных параллельно

10 12 15 18 22 27 33 39 47. 56 68 82 100 120 150 180 220 270 330 390 470 560 680 820 1000

10 20 22 25 2В 32 37 43 49 57 66 78 92 110 130 160 190 230 280 340 400 480 570 690 830 1010

112 115

132 135

162 165

192 195

232 235

282 285

34 3 345

402 405

482 485

572 575

692 695

832 835

1012 1015

28 30 33 36 40 45 51 57 65 74 86 100 118 138 168 198 238 288 348 408 488 578 . 698 838 1018

Примечание, мое в первой строке

22 32 34 37 40 44 49 55 61 69 78 90

104 109

122 127

142 147

172 177

202 207

242 247

292 297

352 357

412 417

492 497

582 587

702 707

842 847

1022 1027

33 43 45 48 51 55 60 66 72 80 89 101 115 133 153 183 213 253 303 363 423 503 593 713 853 1033

39 49 51 54 57 61 66 72 78 86 95 107 121 139 159 189 219 259 309 369 429 509 599 719 859 1039

47 57 59 62 65 69 74 80 86 94 103 115 129 147 167 197 227 267 317 377 437 517 607 727 867 1047

56 66 68 71 74 78 83 89 95 103 112 124 138 156 176 206 236 276 326 386 446 526 616 736 876 1056

6В 78 80 83 86 90 95 101 107 115 124 136 150 168 188 218 248 288 338 398 458 538 628 748 888 1068

82 92 94 97 100 104 109 115 121 129 138 150 164 182 202 232 262 302 352 412 472 552 642 762 902 1082

Первое aiaracMoe - в первом столбие слева, второе слагае-