 |  |
|
CIRCUITE SELECTIVE IN FRECVENTA cu amplificatoare operationale
Scopul lucrarii: familiarizarea studentilor cu circuitele active selective in frecventa.
2. Circuite de integrare si derivare si proprietatile lor
Daca intr-un amplificator inversor R1 sau R2 vor fi inlocuite prin componente pasive avand intre tensiune si curent o dependenta de tip integro-diferential, se vor obtine circuite de integrare sau de derivare. Componenta preferata este condensatorul, caracterizat prin relatia:
unde C este capacitatea iar UC0 tensiunea
initiala.
Curentul condensatorului iC este sta-bilit de
catre circuitul de intrare: 
Pentru ca acest curent sa fie preluat in intregime de circuitul de reactie, tensiunea de iesire trebuie sa fie egala cu cea de pe condensator, daca UC0 = 0
iC
R1 C2
ui iC
u0
R3
R2 R4
+Ualim. -Ualim.
Fig. 2.1 Circuit de integrare
In final tensiunea de iesire este proportionala cu integrata tensiunii de intrare:
Produsul R1 C2 se numeste constanta de timp si se masoara in secunde.
La integratoare o atentie deosebita trebuie acordata eliminarii tensiunii de offset care integrata ar produce erori mari. Compensarea offset-ului se poate face fie prin circuitele de compensare proprii fiecarui AO fie extern ca in figura, prin potentiometrul R3. Integrarea poate sa dureze numai pana la saturarea iesirii. De aceea integrarile se executa pe perioade limitate de timp, dupa care trebuiesc reiterate prin descarcarea fortata a condensatorului, cu ajutorul unor comutatoare statice (realizabile de exemplu cu tranzistoare MOS).
Derivatorul rezulta inlocuind rezistenta de intrare cu un condensator. Tensiunea condensato-rului este identica cu tensiunea de intrare, iar curentul produs in condensator este preluat de circuitul de reactie, datorita tensiunii de iesire.
iC
=
u0
= - R2 iC = 
Tensiunea de iesire este proportionala cu derivata tensiunii de intrare.
iC
C1 R2
ui iC
u0
Fig. 2.2 Circuit de derivare
Integrarile si derivarile sunt operatii extrem de utile in multe aplicatii, cum ar fi de exemplu masurarile sau reglarile. Tehnologia analogica prezentata aci poate fi utila prin simplitate si pretul sau redus. Aceste circuite au insa si proprietati interesante, referitoare la caracteristicile lor de frecventa. Sa luam de exemplu integratorul. Expresia amplificarii sale in tensiune provine din raportul dintre impedanta condensatorului C2 si rezistenta de intrare R1 si este:
Diagrama Bode a functiei Au(f) este reprezentata in fig. 2.3, constand dintr-o dreapta care intersecteaza axa 0dB la frecventa critica 1/(2pR1C2), la care modulul amplificarii este 1. Defazajul introdus de integrator este constant negativ: Φ=-p/2. Pentru calculul inclinarii dreptei vom considera o decada, adica intervalul dintre doua frecvente aflate in raport de 10.
In cazul circuitului de derivare singura deosebire consta in inclinarea pozitiva a caracteristicii, deoarece Au = j2pR1C2. In acest caz defazajul este pozitiv: Φ=+p
A [dB]
20
10
0 f
0,1/2pRC 1/2pRC 10/2pRC
-10
-20
derivare integrare
+20dB/dec. -20dB/dec.
Φ [rad.] derivare
p
p
0 f
-p 0,1/2pRC 1/2pRC 10/2pRC
-p
integrare
Figura 2.3 Diagramele Bode ale circuitelor de integrare si derivare
3. Filtre active
Filtrele permit controlul caracteristicilor de frecventa ale circuitelor electronice prin atenuarea sau amplificarea selectiva a unor portiuni din spectrul de frecvente. Filtrele pot fi pasive sau active (cu amplificare).
In functie de modalitatea de realizare a retelelor pasive selective in frecventa care intra in componenta lor, filtrele se pot grupa in: filtre RLC si RC. Desi filtrele RLC pot fi realizate si in varianta pasiva, sunt stabile si pot realiza caracteristici in frecventa extrem de abrupte, de obicei se prefera filtrele active RC. Pe langa eliminarea bobinelor (componente scumpe, ingloband multa manopera si incomode din cauza cuplajelor magnetice), aceste filtre sunt usor de acordat si pot fi integrate (mai ales in tehnologie hibrida). Majoritatea filtrelor active sunt bazate pe AO. In continuare sunt prezentate principial cele trei tipuri fundamentale de filtre active cu AO.
a) Filtrul trece jos FTJ
Circuitul din figura urmatoare are doua domenii de functionare distincte:
- la frecvente mici impedanta capacitatii C2 este mult mai mare decat R2, neintervenind in circuit, care se comporta ca un amplificator inversor obisnuit;
- la frecvente mari
impedanta capacitatii C2
sunteaza rezistenta R2
scazand progresiv amplificarea. Frecventa critica de la care
incepe atenuarea este cea la care impedanta capacitatii 
devine egala cu R2. In acest domeniu
circuitul devine practic un integrator.
C2 G [dB] -20dB/dec.
60
R1 R2 40
20lg(R2/R1)
AO
ui
20
f [Hz]
u0
0
2πR2C2
Fig. 2.4 Filtru trece jos
Dupa cum se constata din figura, frecventele joase sunt nealterate in timp ce frecventele mari sunt rejectate. Panta caracteristicii la frecvente mari este de -20dB/dec. Se accepta aproximarea caracteristicii de frecventa prin segmente de dreapta, care poate produce o eroare maxima de 3dB in zona frecventei critice. Caracteristica reala este reprezentata cu linie intrerupta.
b) Filtrul trece sus FTS
Functionarea FTS este asemanatoare:
la frecvente mici impedanta capacitatii C1 este mult mai mare decat R1, ceea ce face ca circuitul sa se comporte ca un circuit de derivare, incapabil sa sustina amplificarea unor semnale continue sau lent variabile;
la frecvente mari impedanta capacitatii C1 este mult mai mica decat rezistenta R1, circuitul comportandu-se ca un amplificator inversor.
Frecventa critica
de la care se trece dintr-o regiune de functionare in cealalta este
cea la care impedanta capacitiva 
devine egala cu R1. Frecventele joase
sunt rejectate (frecventa 0 fiind eliminata total) in timp ce
frecventele mari sunt amplificate. Panta caracteristicii la frecvente
mici este de +20dB/dec.
G [dB] +20dB/dec.
60
C1 R1 R2
40
20lg(R2/R1)
AO
ui 20
f
[Hz]
u0 0
2πR1C1
Fig. 2.5 Filtru trece sus
c) Filtrul trece banda FTB
FTB consta din suprapunerea unui FTJ cu un FTS astfel incat doar o anumita banda de frecvente este amplificata, frecventele inferioare si superioare fiind rejectate.
G [dB] +20dB/dec. -20dB/dec.
C2 60
C1 R1 R2
40
20lg(R2/R1)
AO
ui 20
f
u0 0
2πR1C1
2πR2C2
1 10 100 1000 [Hz]
Fig. 2.6 Filtru trece banda
Pentru obtinerea unei selectivitati mai bune filtrele pot fi montate in cascada. Inclinarea de 20dB/dec. a caracteristicii de frecventa a unui filtru de ordin I ajunge astfel n 20dB/dec. (n fiind ordinul filtrului).
Se pot construi si filtre de tip 'opreste banda', prin care se pot atenua anumite frecvente din spectrul semnalelor sau portiuni din banda de frecventa.
4. Scheme de filtre active
|
R1 R2 R3 R4 uies uin C1 C2 a) FTJ |
R1 R2 C1 C2 uies uin R3 R4 b) FTS |
R1 R2 R3 C1 uies uin R4 C2 a) FTB |
Figura 2.7 Filtre active Sallen-Key
Filtrele Sallen-Key prezentate in fig. 2.4 se incadreaza in categoria filtrelor de ordin II (au functia de transfer de ordin II), inclinarea caracteristicilor Bode fiind de +40 sau -40db/dec. Amplificarea filtrului, de exemplu pentru cazul FTJ este:
unde k = R2 / R1.
Frecventa de rezonanta este 
.
In continuare se prezinta un filtru trece banda acordat pe 100Hz. Acest filtru poate fi aplicat atunci cand trebuie evidentiata frecventa de 100Hz din spectrul unor semnale. El poate fi utilizat in masuratori asupra performantelor circuitelor stabilizatoare, a caror calitate este cu atat mai buna cu cat aceasta componenta este mai mica. O alta aplicatie posibila consta din recunoasterea caracterului artificial sau natural al luminii masurate de catre un fototraductor. Armonica de 100Hz este proprie iluminatului artificial de la reteaua de 220V/50Hz. Aceasta armonica este foarte puternica in lumina produsa de lampile fluorescente si mai slaba la becurile cu incandescenta.
Schema utilizata, cu reactie dubla, asigura o selectivitate mai buna decat cea din fig. 2.5c.
C A dB
30 20 10 0
Q = 5
R2
R1 C
Q = 1
uin RP 0,1f0 10f0 f
uies f0
+20dB/dec. -20dB/dec.
a) Schema electrica b) Caracteristica Bode
Figura 2.8 Filtru cu reactie dubla
Calculul parametrilor filtrului este mai simplu daca cele doua condensatoare au aceeasi valoare C. Parametrii principali ai filtrelor de banda ingusta sunt frecventa de rezonanta f0 si factorul de calitate Q. f0 este frecventa la care amplificarea este maxima. Q caracterizeaza comportarea filtrului in jurul frecventei de rezonanta. In cazul filtrelor active Q = A(f0)
In cazul de fata, cu notatia R1ech= R1 RP:
Elementul de reglaj, potentiometrul, are rolul are rolul de a atenua daca este cazul amplitudinea semnalului de iesire pentru a se evita saturarea AO, dar se observa ca reglajele lui Q si f0 sunt interdependente, fapt ce ingreuneaza ajustarea filtrului. Parametrii doriti trebuie sa fie impusi in primul rand prin valorile C, R1 si R2.
5. Desfasurarea lucrarii
Utilizand programul Electronics Workbench 5.12 se vor realiza urmatoarele scheme
Fig.1) Filtrul trece jos FTJ
Fig.2) Filtrul trece sus FTS
Fig.3) Filtrul trece banda FTB
Fig.4) Filtrul activ Sallen-Key
Acest document nu se poate descarca
| E posibil sa te intereseze alte documente despre: |
| Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate QReferat.com | Folositi documentele afisate ca sursa de inspiratie. Va recomandam sa nu copiati textul, ci sa compuneti propriul document pe baza informatiilor de pe site. { Home } { Contact } { Termeni si conditii } |
Documente similare:
|
Cauta document |
