А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств

Рисунок 7.19. Универсальный активный фильтр

В его состав входят сумматор на ОУ DA 1 и два ФНЧ первого порядка на ОУ DA 2 и DA 3, которые включены последовательно. Если R 5 C 1= R 6 C 2= RC , то частота сопряжения f 0 = 1/(2πRC). ЛАЧХ имеет наклон асимптот порядка 40 дБ/дек. Универсальный активный фильтр имеет хорошую стабильность параметров и высокую добротность (до 100). В серийных ИМС довольно часто используется подобный принцип построения фильтров.

Гиратором называется электронное устройство, преобразующее полное сопротивление реактивных элементов. Обычно это преобразователь емкости в индуктивность, т.е. эквивалент индуктивности. Иногда гираторы называют синтезаторами индуктивностей. Широкое распространение гираторов в ИМС объясняется большими трудностями изготовления катушек индуктивностей с помощью твердотельной технологии. Использование гираторов позволяет получить относительно большую индуктивность с хорошими массогабаритными показателями.

На рисунке 7.20 приведена электрическая схема одного из вариантов гиратора, представляющего собой повторитель на ОУ, охваченный частотно-избирательной ПОС (R ос и C 1).

Рисунок 7.20. Гиратор

Поскольку с увеличением частоты сигнала емкостное сопротивление конденсатора C 1 уменьшается, то напряжение в точке aбудет возрастать. Вместе с ним будет возрастать напряжение на выходе ОУ. Увеличенное напряжение с выхода по цепи ПОС поступает на неинвертирующий вход, что приводит к дальнейшему росту напряжения в точке a, причем тем интенсивнее, чем выше частота. Таким образом, напряжение в точке aведет себя подобно напряжению на катушке индуктивности. Синтезированная индуктивность определяется по формуле [12]:

L = R 1 R осC 1.

Добротность гиратора определяется как [12]:

Одной из основных проблем при создании гираторов является трудность в получении эквивалента индуктивности, у которой оба вывода не соединены с общей шиной. Такой гиратор выполняется, как минимум, на четырех ОУ. Другой проблемой является относительно узкий диапазон рабочих частот гиратора (до нескольких килогерц на ОУ широкого применения).

Для коррекции АЧХ в усилителях низких (звуковых) частот (УНЧ) применяют регуляторы тембра. В настоящее время наиболее часто применяют активные регуляторы тембра, не вносящие потери в нейтральном положении регулятора (равномерная передача во всей полосе рабочих частот). В качестве активных элементов чаще всего используют ОУ. Принципиальная схема симметричного активного регулятора тембра и его АЧХ приведены на рисунке 7.21.

Рисунок 7.21. Симметричный активный регулятор тембра

Нетрудно увидеть, что ОУ здесь охвачен цепями ООС, представляющими собой частотнозависимые делители напряжения нижних (R 1, R 2, R 3, C 1) и верхних (R 4, R 5, C 2) частот. При диапазоне регулирования тембра не более ±20 дБ элементы схемы можно определить из соотношений [9]:

R 1= 0,11· R 2(кОм),

R 3= R 1,

R 4= 0,33· R 1,

R 5≥3,7· R 2,

где f н и f в — соответственно, нижняя и верхняя частоты регулирования.

Регулирование АЧХ УНЧ в нескольких отдельных участках частотного диапазона осуществляется с помощью эквалайзеров , которые преимущественно представляют собой активные регулируемые ПФ второго порядка. Пример построения эквалайзера с параллельными цепями ООС, представляющими собой ПФ с регулируемым затуханием и настроенные на частоты через октаву, начиная с f н , приведен на рисунке 7.22.

Рисунок 7.22. Десятиполосный эквалайзер

Более подробная информация по регуляторам тембра и эквалайзерам содержится в [9].

Перемножение аналоговых сигналов, как и усиление, является одной из основных операций при обработке электрических сигналов. Для осуществления операции перемножения были разработаны специализированные ИМС - перемножители аналоговых сигналов (ПАС). ПАС должны обеспечивать точное перемножение в широком динамическом диапазоне входных сигналов и в возможно более широком частотном диапазоне. Если ПАС позволяют перемножать сигналы любых полярностей, то их называют четырехквадрантными, если один из сигналов может быть только одной полярности, двухквадрантными. Перемножители, умножающие однополярные сигналы, называются одноквадрантными. Известны разнообразные одно- и двухквадрантные ПАС на основе элементов с управляемым сопротивлением, переменной крутизной, использованием логарифматоров и антилогарифматоров. Например, регулятор с изменением режима работы элементов, изображенный на рисунке 7.7в, можно использовать в качестве перемножителя, если на дифференциальный вход подать напряжение u x , а вместо E упр подать u y . Под воздействием u y меняется крутизна передаточной характеристики транзисторов, на базы которых подается второе перемножаемое напряжение u x . Можно показать, что выходное напряжение U вых , снимаемое между коллекторами транзисторов ДК, при R к 1= R к 2= R к определяется по формуле [13]

где — коэффициент усиления по току БТ, включенного по схеме с ОБ; φ T — температурный потенциал, φ T =25,6 мВ.

Если u x << φ T , то выражение для U вых можно упростить:

Недостатком рассмотренного простейшего перемножителя на одиночном ДК является весьма малый динамический диапазон входных сигналов, в котором обеспечивается приемлемая точность перемножения. Например, уже при u x =0,1 φ T погрешность перемножения достигает 10%.