Төмен жиілікті белсенді сүзгі

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 32 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3-4
1. Жалпы сүзгілерге сипаттама ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5-10
2. Сүзгілердің түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...11-12
3. Белсенді сүзгілер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13-20
4. Төмен жиілікті белсенді сүзгі ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21-26
5. Баттерворт сүзгісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..27-30
6. Чебышев сүзгісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31-34
7. Операциялық күшейткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .35-36
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...37-38
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .39-40

Кіріспе
Электр сигналдарымен жұмыс істеу кезінде көбінесе олардың ішінен қандай да бір жиілік немесе жиілік жолағын (мысалы, шулы және пайдалы сигналдарды бөлу) бөліп алу талап етіледі. Бұлай бөлу үшін электр сүзгілері қолданылады, олардың қарапайым түрі тербелмелі контур болып табылады.
Электр сүзгілері жиілік диапазонының басқа учаскелерімен салыстырғанда кейбір жиілік аймағында әлсіреуі аз жиіліктік құрылғыларына жатады.
Электротехника курсында қарастырылған пассивті жиілік сүзгілері белсенді күшейткіш элементтерді қолданбай LС - немесе RC-тізбектерде орындалады. Индуктивтілік катушкаларын сүзгіден алып тастауға ұмтылу бірқатар себептерден туындады:
1) индуктивтілік катушкалары үлкен габариттер мен массаға ие;
2) катушкалардағы шығындар сүзгінің есептік сипаттамаларының нақты мәндерден ауытқуына алып келеді;
3) катушкалардан үлкен қуат шашырайды;
4) өзекшесі бар катушкаларда өзекшенің қанығуына байланысты сызықты емес әсер көрінеді.
RC-сүзгілер қоректену көздерін талап етпейді және интегралды технология бойынша қарапайым орындалуы бар, алайда олар өткізу жолағының өшу жолағынан жақсы бөлінуін қамтамасыз етпейді; өткізу және өшу аймағында беріліс сипаттамасының үлкен әркелкілігі байқалуы мүмкін; сүзгіні жүктемемен келісу шартын орындау өте қиын. Оларды белсенді элементтерді (транзисторларды немесе операциялық күшейткіштерді) пайдалану кезінде негізгі сипаттамалары бойынша LС-сүзгілерге жақындату мүмкіндігі бар.
Операциялық күшейткіштің сүзгі сұлбасы элементі ретінде пайдаланылған кезде индуктивтілік катушкаларын қолданбай кез келген LC-сүзгінің сипаттамасын синтездеуге болады. Пассивті RC-сүзгілерге қарағанда, белсенді өткізу және өшу жолақтарының неғұрлым сапалы бөлінуін қамтамасыз етеді. Бұл жерде өткізу және өшу аймағында жиіліктік сипаттаманың біркелкі еместігін салыстырмалы түрде реттеуге болады, сүзгімен жүктемені келісуге қатаң талаптар қойылмайды. Белсенді сүзгілердің барлық осы артықшылықтары оларға ең кең қолдануды қамтамасыз етті.
Сонымен, жоғарыда айтылғандарды түйіндей отырып, атап өтуге болады: белсенді сүзгі-пассивті RC-тізбектері мен белсенді элементтерінен тұрады: транзисторлар, электрондық шамдар немесе операциялық күшейткіштер. Белсенді сүзгілерде әдетте индуктивтілік катушкалары жоқ. Белсенді сүзгілерді кернеуді қайталағыштарда, операциялық күшейткіштерде (ОК), күшейткіштері шектеулі күшейткіштерде және т. б. іске асыруға болады.

Толық кедергі конвертерлері негізіндегі төмен жиілікті белсенді сүзгі

Сүзгілер туралы негізгі мәліметтер.
Радиоэлектроника радиотолқындарды қолданумен байланысты мәселелерді және электр сигналдарын беру, қабылдау және өңдеу үшін электр зарядының қозғалыс құбылыстарын шешеді. Қазіргі заманғы радиоэлектроника радиобайланыс, радиохабар, теледидар, радиолокация, радионавигация, радиобасқару, радиоөлшеу, радиотелеметрия жүйелерінде қолданылады. Медицинада, ғылыми зерттеулерде, ғарыш мәселелерінде кеңінен қолданылады.
Қазіргі уақытта радиоэлектроника міндеттеріне ұқсас міндеттерді шешетін оптоэлектроника дамыды. Басты айырмашылық электромагниттік толқындардың оптикалық диапазонын қолдану болып табылады.
Радиотехникалық әдістердің көмегімен хабар көзінен алушыға хабар беру радиоарна арқылы жүзеге асырылатыны белгілі. Радиоарнаның негізгі элементтері:
- таратқыш,
- қабылдағыш,
- электромагниттік толқындардың таралуы болатын физикалық орта (еркін кеңістік, толқын өткізгіштер, кабельдер және т.б.). Электр, радиотехникалық және телемеханикалық қондырғыларда жиі мәселе шешіледі: жиіліктің кең жолағын алатын жиынтық сигналдан неғұрлым тар жолағы бар бір немесе бірнеше құраушы сигналдарды бөлу. Берілген жолақтың сигналдары жиілік электр сүзгілерінің көмегімен бөлінеді.
Олар қуат көзін қажет етеді, ал олардың жұмыс диапазоны операциялық күшейткіштің ең жоғары жұмыс жиілігімен шектеледі. Бұл белсенді сүзгілердің көпшілігі бірнеше мегагерцтен аспайтын жиіліктерде ғана жұмыс істей алады, бірақ операциялық күшейткіштердің жекелеген түрлері сүзгілердің жұмысын және жоғары жиіліктерде қамтамасыз ете алады. Операциялық күшейткіштерді дайындаушылардың олардың жиілік сипаттамаларын жақсартуына қарай белсенді сүзгілердің жоғарғы жиілік шегі де артады.
Бастапқы хабардан тұратын төмен жиілікті тербелістер арнайы құрылғылардың көмегімен жиілігі радиодиапазонда жатқан жеткілікті қуатты көтергіш тербеліс параметрлерін басқаруына негізделген сигналдарды беру тәсілдерін қолданады. Мұндай сигналдарды түрлендіру процесі салмақ түсетін тербелістің модуляциясы деп аталады.
Қозғалмалы магниттік толқындар радиосигнал қабылдағыштың антеннасында пайда болады, оның деңгейі әдетте өте аз. Жиіліктік сүзгілеуден және күшейтуден кейін қабылданған сигнал демодуляциялауға (детектеуге) - Модуляцияға қатысты кері операцияларға ұшырауы тиіс. Нәтижесінде қабылдағыштың шығуында берілген бастапқы хабарламаның көшірмесі болып табылатын тербеліс пайда болады.
Электр тербелістері айнымалы ток және кернеу деп аталады, олар S(t) функциясымен сипатталады. Берілетін хабарды немесе зерттелетін объектінің жағдайы туралы ақпаратты көрсететін тербеліс сигнал деп аталады. Сигнал қабылдауға немесе объектінің күйін өлшеуге кедергі келтіретін тербеліс кедергі деп аталады.
Егер сигналды сипаттайтын S(t) функциясы тек SN (0 және 1) дискретті мәндерді қабылдай алатын болса, онда сигналды жай-күйі бойынша дискретті деп атайды (деректерді беру жүйелерінің сигналдары). Егер S(t) функциясы кез келген мәндерді қабылдай алатын болса, онда сигнал жағдайы бойынша үздіксіз немесе аналогтық (сөйлеу ақпаратын беру) деп аталады.
Уақыт пен жағдай бойынша дискретті сигналдар сандық деп аталады. Гармоникалық (косинусоидалды және синусоидалды) уақыт функцияларымен сипатталатын электр тербелісі гармоникалық деп аталады. Мұндай тербелісті косинус функциясын пайдаланып жазуға болады:
S(t) = Amcos(ꞷt-Ѱ) бұндағы,
Am - амплитуда,
ꞷt-Ѱ = 0(t) уақыт кезінде (t = 0) бастапқы деп аталатын фаза: 0 (t=0) = - Ѱ.
Тербеліс кезеңінің ұзақтығы t секундта көрінеді. Бір секундтағы кезеңдер саны F = 1Т тербеліс жиілігі деп аталады және герцте көрсетіледі. ꞷ = 2PIϯ шамасы бұрыштық жиілігі деп аталады және секундына радиандарда көрінеді.
Радиотехникалық құрылғы конструкциясына және оны жасау технологиясына қарамастан, элементтердің - резисторлардың, конденсаторлардың, индуктивтілік катушкаларының, транзисторлардың, диодтардың, электр энергиясы көздерінің және т. б. кейбір қосылыстары болып табылады.
Тізбек элементтері белсенді және пассивті болып бөлінеді. Белсенді элементтің негізгі белгісі - электр энергиясын беру қабілеті (электр энергиясының көзі). Пассивті элементтерге электр энергиясын тұтынушылар мен жинақтаушылар жатады.
Кедергі - электр энергиясы жылу, механикалық немесе жарықтық болып өзгертілетін идеалданған элемент. Кедергідегі ток күші ондағы кернеумен байланысты. Сандық қарсылық Омах (Ом) түрінде көрсетіледі.
Сыйымдылық-электр өрісінің энергиясын жазу қасиеті бар идеалданған элемент. Сандық сыйымдылық Фарадпен (Ф) көрсетіледі.
Индуктивтілік - магнит өрісінің энергиясын үнемдеу қабілеті бар идеалданған элемент. Сандық индуктивтілік Генриде (Гн) көрінеді.
Электр сүзгісі - берілген жиілік жолағында (өткізу жолағы) сигналдың спектралды құрамдастарын іс жүзінде әлсіретпейтін және осы жолақтан тыс барлық спектралды құрамдастарды (басу жолағы) едәуір әлсірететін құрылғы.
Электр сүзгілер деп қоректендіру көзімен қабылдағыштың арасына қосылған төртұштықтыны айтады. Олардың міндеті қабылдағышқа еш кедергісіз (өшусіз) токтардың белгілі бір жиіліктерін өткізу, сол сияқты токтардың басқа жиіліктерін ұстап қалу. Сүзгінің өшусіз өткізетін жиіліктерінің диапазонын мөлдірлік жолағы немесе өткізу жолағы деп атайды. Ал сүзгінің өшуді өткізетін жиілік диапазонын өшу жолағы деп атайды. Сүзгілердің жиіліктердің спектрлерін өткізуге тәуелділігі бойынша: төменгі жиіліктер, жоғары жиіліктер, жолақтылар, бөгелетіндер деп аталатын сүзгілерге бөлінеді.
Төменгі және жоғары жиілікті сүзгілер:
Төменгі жиілікті сүзгі деп жүктемеге тек 1 0 ден 2 дейінгі төменгі жиіліктерді өткізетін сүзгілерді айтады. Олардың өшу жолағы 2 ден ке дейінгі аралықта жатады. Жоғары жиілікті сүзгі деп жүктемеге 2 тек ден-ке дейінгі жоғары жиіліктерді өткізетін сүзгілерді айтады. Олардың өшу жолағы 0 ден 2 аралығында жатады. Идеал сүзгілердің өшу коэффициенті а -ның өзгеріс сипаты суретіндегі қисықтықта сапалы бейнеленген.
Тиісті беріліс функциясы алынған соң, осы беріліс функциясын іске асыратын сүзгі схемасын әзірлейді. Бұл ретте өңдеу белсенді және пассивті сүзгілерді жобалауға құйылады.
Пассивті сүзгілер резисторлар, конденсаторлар және индуктивтілік катушкалары, атап айтқанда пассивті схемалық элементтерден жасалған құрылғылар болып табылады. Бұл сүзгілер белгілі бір жиілік диапазондарында жұмыс істеуге жарамды, бірақ 0,5 мГц төмен жиіліктер үшін жарамды емес. Бұл төменгі жиіліктерде талап етілетін индуктивтілік катушкаларының параметрлері олардың үлкен өлшемдеріне және жұмыс сипаттамаларының идеалдан айтарлықтай ауытқуына байланысты қанағаттанғысыз болады, сонымен қатар резисторлар мен конденсаторларға қарағанда индуктивтілік катушкалары интегралды орындау үшін нашар бейімделген.
Осылайша, төмен жиіліктер диапазонында сүзгілерді қолдану үшін схемалардан индуктивтілік катушкасын алып тастау қажет. Бұл резисторлар, конденсаторлар және транзисторлар, тәуелді көздер және т. б. сияқты бір немесе бірнеше белсенді аспаптар негізінде белсенді сүзгілерді әзірлеуге қол жеткізіледі.
Активті сүзгілер кедергілерден, конденсаторлардан және күшейткіштерден (әдетте операциялық) құрылған және олардың кіруіне берілетін барлық сигналдардан шығу сигналдарын алдын ала берілген кейбір жиіліктерді ғана өткізуге арналған. Бұл жиіліктік таңдау схемалары дыбыс аппаратурасында, электрузыкалды аспаптар генераторларында, сейсмикалық аспаптарда, байланыс желілерінде, сондай-ақ ми биотоктары немесе механикалық діріл сияқты әртүрлі сигналдардың жиіліктік құрамын зерттеу тәжірибесінде белгілі жиіліктерді күшейту немесе әлсірету үшін пайдаланылады. Белсенді сүзгіштер электрониканың кез келген саласында қолданылады, сондықтан біздің назарымызға лайық.
Өткізу және кідірту жолақтарының өзара орналасуы бойынша төменгі жиілік сүзгілері (ТЖС), жоғарғы жиілік сүзгілері (ЖЖС), жолақ сүзгілері (ЖС) және бөгегіш сүзгілерді ажыратады. Сүзгіштің амплитудалық-жиіліктік сипаттамасының аппроксимация түрі бойынша Баттерворт сүзгілерін, Чебышев сүзгілерін, Кауэр сүзгілерін және т.б. ажыратады. Активті сүзгілер резисторлардан, конденсаторлардан және күшейткіштерден (әдетте операциялық) құрылған және олардың кіруіне берілетін барлық сигналдардың ішінен тек алдын ала берілген жиіліктердің кейбір сигналдарын шығаруға арналған. Бұл жиіліктік іріктеуге ие схемалар дыбыстық аппаратурада, электромузыкалды аспаптар генераторларында, сейсмикалық аспаптарда, байланыс желілерінде және т. б. белгілі бір жиіліктерді күшейту немесе әлсірету үшін қолданылады.
Төменгі жиіліктердің сүзгілері нөлдік (тұрақты ток) бастап, кейбір берілген fорт кесу жиілігіне дейін барлық жиіліктердің шығуына өткізіп, fорт асатын барлық жиіліктерді әлсіретеді.
Пассивті сүзгілермен салыстырғанда, белсенді сүзгілер келесі артықшылықтарға ие:
- оларда тек кедергілер мен конденсаторлар қолданылады, яғни қасиеттері индуктивтілік катушкасының қасиеттеріне қарағанда идеалға жақын компоненттер;
- олар салыстырмалы арзан;
- олар өткізу жолағында күшейтуді қамтамасыз ете алады және (пассивті сүзгілерге қарағанда) сирек елеулі шығындарды енгізеді;
- белсенді сүзгілерде операциялық күшейткіштерді пайдалану шығудан кіруді қамтамасыз етеді;
- белсенді сүзгілер теңшеу оңай;
- белсенді сүзгіштер көлемі мен салмағы бойынша үлкен емес.
Белсенді сүзгілердің кемшіліктері де бар. Олар қуат көздерін қажет етеді, ал олардың жұмыс диапазоны операциялық күшейткіштің ең жоғары жұмыс жиілігімен шектеледі.
Таңдау қасиеттері бар күшейткіштердің бірі төмен жиіліктегі сүзгілер болып табылады. Бұл сүзгілер тек төмен жиіліктерді өткізеді.
Төмен жиіліктер аймағында сайлау қасиеттерін күшейткіштерден алу үшін (20 кГц төмен) интегралдаушы немесе дифференциялаушы RC-тізбектерін кеңінен қолданады. Олар күшейткіштің кіруі мен шығуында қосылады және оның жиіліктік-тәуелді тәуелділігін қамтиды.
Сүзгілер - бұл сигналдарды өңдеуде қолданылатын сигналдар диапазонына немесе сигналға рұқсат беру немесе блоктау үшін қолданылатын электрондық тізбектер класы. Сүзгілерді қасиеттері бойынша көптеген деңгейлерге бөлуге болады, мысалы, белсенді - пассивті, аналогты - сандық, сызықты - сызықты емес, дискретті уақыт - үздіксіз уақыт, уақыттың инвариантты - уақыт нұсқасы және шексіз импульстік жауап - ақырлы импульстік жауап.
Резисторлар, конденсаторлар және индукторлар барлық ток олардан өтіп, қуат алуға қабілетсіз болғанда қуатты тұтынады; сондықтан кез-келген RLC сүзгісі пассивті сүзгі болып табылады, әсіресе индукторлармен бірге. Пассивті сүзгілердің тағы бір маңызды сипаттамасы - бұл жұмыс істеу үшін сүзгілерге сыртқы қуат көзі қажет емес. Кіріс кедергісі төмен және шығыс кедергісі жоғары, бұл жүктемелерді басқаратын кернеулердің өзін-өзі реттеуге мүмкіндік береді.
Әдетте, пассивті сүзгілерде жүктеме резисторы желінің қалған бөліктерінен оқшауланбайды; сондықтан жүктеменің өзгеруі тізбек пен сүзу процесінің сипаттамаларына әсер етуі мүмкін. Алайда пассивті сүзгілер үшін өткізу қабілеттілігіне шектеулер жоқ, бұл өте жоғары жиіліктерде қанағаттанарлық жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Төменгі жиіліктегі сүзгілерде тізбекте қолданылатын индуктор үлкенірек болады, бұл тізбектің көлемін өзгертеді. Егер жоғары сапалы және кішірек өлшем қажет болса, құны едәуір артады. Пассивті сүзгілер сонымен қатар элементтердегі жылу шуылына байланысты аздап шу шығарады. Десе де, дұрыс жобаланған кезде бұл шудың амплитудасын азайтуға болады.
Сигналдың өсуі болмағандықтан, сигналды күшейту кешірек орындалуы керек. Кейде шығыс тізбегіндегі айырмашылықтарды өтеу үшін буферлік күшейткіштер қажет болуы мүмкін.
Белсенді және пассивті сүзгілер сүзгі тізбегінде қолданылатын компоненттердің енжарлығымен ерекшеленеді. Егер компонент қуатты тұтынса немесе қуат алуға мүмкін болмаса, онда ол енжар компонент ретінде белгілі. Пассивті емес компоненттер белсенді компоненттер ретінде белгілі.Белсенді сүзгілер деп әдетте күшейткіште сайлау қасиеттері пайда болатындай қосылған RC-тізбектері бар электрондық күшейткіштер түсініледі. Оларды қолдану кезінде индуктивтіліктің қатты, қымбат тұратын және технологиялық емес катушкаларсыз қозғалуға және негізгі параметрлері аспалы резисторлар мен конденсаторлардың көмегімен өзгертілуі мүмкін микроэлектрондық орындалған төмен жиілікті сүзгілер жасауға болады.
Практикада жұмысы екінші ретті теңдеулермен сипатталатын ОЖ тізбектерімен операциялық күшейткіштер жиі қолданылады. Жүйенің таңдауын арттыру қажет болған жағдайда екінші реттегі жекелеген сүзгілерді жүйелі түрде қамтиды.
Дискретті элементтердегі каскадты түрдегі белсенді RC сүзгілер (ARCФ) он жүзден - жүз герц дан он килогерцқа дейінгі жиіліктер диапазонында қолданылады.
ARCF келесі артықшылықтарға ие:
- индуктивті элементтердің болмауы;
- сигналды селекциямен бір мезгілде күшейту мүмкіндігі;
- сүзгіні қарапайым күйге келтіру (баспалдақ құрылымымен салыстырғанда).
Әр түрлі аппаратураның жиіліктік электр сүзгілеріне әртүрлі, кейде қарама-қайшы талаптар қойылады. Өткізу жолағы деп аталатын жиіліктердің бір аймағында сигналдар әлсіреуі тиіс емес, ал кідірту жолағы деп аталатын екіншісінде сигналдардың әлсіреуі белгілі бір мәннен кем болмауы тиіс. Егер өткізу жолағында сигналдардың әлсіреуі және сызықтық фаза-жиілік сипаттамасы болмаса (сигнал формасының бұрмалануы болмаса), ал өткізу жолағынан тыс сүзгі шығуында сигналдар жоқ болса, сүзгі мінсіз деп саналады.
Пассивті сүзгілердің негізгі кемшілігі өткізу жолағының аймағында да шығыс сигналының әлсіреуі және төмен сенімділік болып табылады. Сүзгілердің мықтылығын арттыру және сүзгінің шығуында берілген амплитуданың сигналын алу үшін сүзгілердің құрамына белсенді элемент енгізіледі; әдетте бұл операциялық күшейткіш. Белсенді элементтер кіретін сүзгілер белсенді сүзгілер деп аталады.
Жұмыс күшейткіштері, транзисторлар немесе басқа белсенді элементтер сияқты компоненттері бар сүзгілер белсенді сүзгілер деп аталады. Олар конденсаторлар мен резисторларды пайдаланады, бірақ индукторлар қолданылмайды. Белсенді сүзгілер дизайндағы белсенді элементтерді тұтынатындықтан сыртқы қуат көзін талап етеді.
Индукторлар қолданылмайтындықтан, тізбек неғұрлым ықшамды және ауыр емес. Оның кіріс кедергісі жоғары және шығыс импедансы төмен, бұл шығыс кезінде төмен импеданс жүктемелерін жүргізуге мүмкіндік береді. Әдетте жүктеме ішкі тізбектен оқшауланған; сондықтан жүктің өзгеруі сүзгінің сипаттамаларына әсер етпейді.
Шығу сигналы қуаттың өсуіне ие, ал кіру жиілігі мен кесу жиілігі сияқты параметрлерді реттеуге болады. Бірнеше кемшіліктер белсенді сүзгілерге тән. Электрмен жабдықтаудың өзгеруі шығыс сигналының көлемінің өзгеруіне әкелуі мүмкін және жоғары жиілік диапазондары белсенді элементтің қасиеттерімен шектеледі. Сондай-ақ, белсенді компоненттерді реттеу үшін қолданылатын кері байланыстар тербеліс пен шуылға ықпал етуі мүмкін.Белсенді сүзгі - транзистор немесе операциялық күшейткіш сияқты бір немесе бірнеше белсенді компонент бар аналогты электрондық сүзгілердің бір түрі. Бұл жиіліктік іріктеуге ие схемалар дыбыстық аппаратурада, электромузыкалды аспаптар генераторларында, сейсмикалық аспаптарда, байланыс желілерінде және т. б. белгілі бір жиіліктерді күшейту немесе әлсірету үшін қолданылады.
Белсенді сүзгілерде сүзгі элементтерін схеманың қалған электрондық компонентінен бөлу принципі қолданылады. Жиі сүзгі жұмысына әсер етпеуі қажет.
Бірнеше түрлі белсенді сүзгілер бар, олардың кейбірі пассивті болып табылады:
* Жоғары жиілік сүзгісі - кесу жиілігінен төмен жиілікті өткізбейді.
* Төмен жиілік сүзгісі - жиіліктің жиілігін кесу жиілігінен жоғары өткізбейді.
* Жолақ сүзгі - кейбір жолақтан жоғары және төмен жиіліктерді өткізбейді .
* Кескіш сүзгі - белгілі бір шектеулі жиілік жолағын өткізбейді.
Белсенді RC-сүзгілердің көмегімен өткізу жолағында берудің қатаң тұрақты коэффициенті, басу жолағында шексіз әлсіреуі және өткізу жолағынан басылу жолағына өту кезінде шексіз тікбұрыштар түріндегі жиіліктік сипаттамалардың мінсіз формаларын алуға болмайды. Белсенді сүзгіні жобалау әрдайым сипаттаудың мінсіз нысаны мен оны жүзеге асыру қиындығы арасындағы ымыраны іздейді. Бұл "аппроксимация мәселесі"деп аталады. Көптеген жағдайларда сүзу сапасына қойылатын талаптар бірінші немесе екінші реттегі қарапайым сүзгілермен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл жағдайда сүзгіні жобалау ең қолайлы конфигурациясы бар схеманы таңдауға және нақты жиіліктер үшін элементтер номиналдарының мәндерін есептеуге негізделеді.
Сонымен қатар, сигналды өткізу жолағын және кідіріс жолағын идеалды бөлуге қол жеткізу мүмкін емес, сүзгі сипаттамасының құлдырау аймағы туралы айтады.
Активті және пассивті сүзгілердің айырмашылығы неде?
:: Пассивті сүзгілер сигналдың қуатын тұтынады, бірақ ешқандай қуат алуға болмайды; ал белсенді сүзгілер қуатты арттырады.
:: Белсенді сүзгілер сыртқы қуат көзін қажет етеді, ал пассивті сүзгілер тек сигнал кірісінде жұмыс істейді.
:: Тек пассивті сүзгілер индукторларды пайдаланады.
:: Тек белсенді сүзгілерде белсенді элементтер болып табылатын kike op-amps және транзисторлар қолданылады.
:: Теориялық тұрғыдан пассивті сүзгілерде жиілік шектеулері жоқ, ал белсенді сүзгілерде белсенді элементтерге байланысты шектеулер бар.
:: Пассивті сүзгілер жақсы тұрақтылыққа ие және үлкен токтарға төтеп бере алады.
:: Пассивті сүзгілер белсенді сүзгілерге қарағанда арзанырақ.
Белсенді сүзгілердің кемшіліктері.
Олар қуат көзін қажет етеді, ал олардың жұмыс диапазоны операциялық күшейткіштің ең жоғары жұмыс жиілігімен шектеледі. Бұл белсенді сүзгілердің көпшілігі бірнеше мегагерцтен аспайтын жиіліктерде ғана жұмыс істей алады, бірақ операциялық күшейткіштердің жекелеген түрлері сүзгілердің жұмысын және жоғары жиіліктерде қамтамасыз ете алады. Операциялық күшейткіштерді дайындаушылардың олардың жиілік сипаттамаларын жақсартуына қарай белсенді сүзгілердің жоғарғы жиілік шегі де артады.
Зерттелетін схема белсенді RC-сүзгілерге жатады. RC-сүзгілер сигнал спектрін өзгерту қабілеті бар және тек резисторларды, конденсаторларды және күшейткіш белсенді элементтерді қолдана отырып құрылған схемалар деп аталады, бұл ретте қалыпты RLC-сүзгілерде кеңінен қолданылатын индуктивтілік, өткізгіштік индуктивтік түрін модельдейтін белсенді RC-схемалардың көмегімен имитацияланады.
Өткізу жолағына жататын жиілік ауқымына байланысты төмен жиілікті, жоғары жиілікті, жолақтық, жолақтық-бәсеңдеткіш, селективті және бөгегіш (режекторлық) сүзгілер ажыратылады. Сызықтық сүзгілердің қасиеттері беріліс функциясымен сипатталуы мүмкін, ол сүзгінің шығыс және кіріс сигналдарының Лаплас бойынша бейнелердің қатынасына тең.
Төмен жиілікті сүзгісі - белгілі бір жиілікке дейін кейбір жиілік диапазонын өткізетін жиілік, сезімтал сұлба .
Барлық басқа жиіліктер өткізу жолағынан жоғары болады.
Негізгі сипаттамасы сүзгілерді және, атап айтқанда, сүзгі төменгі жиіліктер болып табылады амплитудалы-жиіліктік сипаттамасы (АЖС) немесе оның жұмыс жасау - логарифмдік амплитудалы - жиіліктік сипаттамасы (ЛАЖС).
Сүзгілердің негізгі сипаттамасы оның амплитудалы - жиіліктік сипаттамасы (АЖС), К тарату коэффициенті модулінің немесе оған кері шаманың сигнал жиілігіне тәуелділігі - А=1К өшуі. Идеалды сүзгілер үшін өткізу (а=0) және кідірту (а=1) аумағын бөлетін кескіш жиіліктері бар, ал сүзгіштің өшуі өткізу жолағынан кідірту жолағына көшкен кезде қарғымалы түрде өзгереді. Нақты сүзгілерде өткізу және кідірту жолақтары өтпелі аймақ арқылы бөлінеді, онда өшу коэффициенті ең жоғары рұқсат етілген өткізу жолағынан (aө) ең аз рұқсат етілген кідіріс жолағында (ак) дейін үздіксіз өзгеріп отырады. Кескіш жиілігінің орнына екі шекаралық жиілік пайда болады: өткізу жолағын кесу жиілігі (ωө) және кідіріс жолағын кесу жиілігі (ωк). ωө және ωк айырмашылығы аз болған сайын, сүзгі сапасы соғұрлым жоғары.
Белсенді сүзгілерді әртүрлі белгілері бойынша топтарға бөлуге болады: мақсаты, өткізу жиіліктерінің жолағы, күшейткіш элементтердің түрі, кері байланыс түрі және т.б. Өткізу жиіліктерінің жолағы бойынша сүзгіштер төрт негізгі топқа бөлінеді: төменгі жиіліктер, жоғарғы жиіліктер, жолақ және бөгет. Төменгі жиілік сүзгілері сигналдарды тұрақты кернеуден кейбір шекті жиілікке дейін өткізеді. Жоғарғы жиілік сүзгілері кесу жиілігінен бастап және одан жоғары. Жолақтық сүзгілер сигналдарды кейбір жиілік жолағында F1-ден f2-ге дейін өткізеді, ал бөгегіш сүзгілердің жолаққа қарама-қарсы сипаттамасы болады және F1-ден төмен және f2-ден жоғары жиіліктегі сигналдарды өткізеді. Жолақтық және бөгегіш сүзгілерде бірнеше өткізу және өшу жолақтары болатын еспелі жиілік сипаттамасы болуы мүмкін.
Сүзгілер мақсаты бойынша қоректену көздерінің тегістейтін сүзгілеріне, кедергі сүзгілеріне, төмен немесе жоғары жиілікті селективті күшейткіштерге арналған сүзгілерге және т. б. бөлінеді.
Күшейткіш элементтердің типі бойынша транзисторлық сүзгілерді, күшейткіш күшейткіштерде, операциялық күшейткіштерде, кернеуді қайталағыштарда және т.б. бөліп көрсетуге болады. Барлық қаралған сүзгілерде бір немесе бірнеше кері байланыс тізбегі болуы мүмкін. Осыған байланысты бір контурлы және көп контурлы кері байланысы бар сүзгілерді ажыратады. Бұдан басқа, жиілік сипаттамасында полюстер саны бойынша сүзгілер - бірінші ретті, екінші және одан да жоғары ретті сүзгілер ажыратылады. Жоғары ретті сүзгілердің өткізу және өшу жолақтарының неғұрлым тік шекаралары және өткізу жолағының аумағында жазық сипаттамасы бар, бұл сүзгінің сапасын жақсартады. Мұндай сүзгілерге Чебышев, Баттерворт, Бессель және т. б. сүзгілері жатады.
ARC-сүзгілердің схемаларының кең таралған түрлерінің бірі бір контурлы кері байланысы бар ОК-дегі сүзгілер болып табылады. Мұндай сүзгіні іске асырудың жалпы схемасы 1 суретте келтірілген. Ол А және В екі пассивті төртұштылардан және ОК операциялық инвертирлеуші күшейткішінен тұрады. А төртұшты сүзгінің кірісі мен операциялық күшейткіштің кірісі арасында қосылған, ал төртұшты ОК кірісі мен шығысы арасындағы кері байланыс тізбегіне қосылған. Схемаларды талдау кезінде ОК идеалды және инвертивті деп есептейміз.

Сур.1. Бір контурлы кері байланысы бар операциялық күшейткіште сүзгіні іске асырудың жалпы схемасы
1 суретте операциялық күшейткіштің екінші кірісі көрсетілмейді, бұл жағдайда автоматты түрде ОК-дің екінші кірісі жерге қосылған деп есептеледі. Бұл ретте суреттегі дөңгелекпен (мұнда және одан әрі) операциялық күшейткіштің инверторлы кірісі белгіленеді.
ARC-сүзгілерді іске асырудың басқа тәсілі теріс толық кедергі конверторларын (ТКК) және гираторларды - ОК қосу сұлбаларын пайдалану болып табылады. Бұл құрылғылар индуктивтілік катушкаларының қасиеттерін имитациялайды, бірақ оларда ОУ-дан басқа конденсаторлар мен резисторлар ғана пайдаланылады. Осылайша, біз мінсіз LC сүзгі қасиеттері бар индуктивті сүзгілерді құра аламыз.
ARC-сүзгілерді құрудың тағы бір тәсілі оң немесе теріс кері байланысы бар қайталағыш схемасы бойынша қосылған ОК пайдалану тәсілі болып табылады. Осы негізде Саллен және Ки сүзгілері сияқты құрылады. Ұсынылған тәсілдердің әрқайсысы өзінің артықшылықтары мен кемшіліктері бар.
Белсенді сүзгілерді құрудың көптеген әдістері бар. Мұнда ұсынылған әдістер олардың аз бөлігі ғана. Ұсынылатын схемалық іске асырудың мұндай саны әрбір іске асыру қандай да бір қажетті қасиеттер тұрғысынан ғана "үздік" болып табылатындығынан туындайды. Сондықтан схемаға қойылатын талаптарға байланысты құрылыстың қандай да бір тәсілі қолданылады.
Бір контурлы кері байланысы бар төменгі жиіліктер фильтрі (ТЖС) жиілігі кейбір берілген жиіліктен төмен, сүзгі кесігінің жиілігі деп аталатын сигналдарды бөлуге арналған. ТЖС тұрақты кернеуден кесу жиілігіне дейін жиілік жолағында сигналдарды әлсіретпей өткізеді және жиілігі кесу жиілігінен жоғары сигналдарды әлсіретеді. 1 суреттегі схемаға арналған беріліс функциясын Y-параметрлердегі төртұштықтардың теңдеулерін пайдалана отырып алуға болады. 1 суреттегі пайдалана отырып y-параметрлердегі теңдеулер жүйесінің белгіленуін (әр төртұштық үшін жеке-жеке) жазуға болады.:
I1a=Y11aU1a+ Y12aU2a

I2a=Y21aU1a+ Y22aU2a бұндағы Y12a= Y21a (2)

Және

I1b=Y11bU1b+ Y12bU2b

I2b=Y21bU1b+ Y22bU2b бұндағы Y12b= Y21b, және де (3)

Y12= I1U2U1=0 - кірістегі қысқа тұйықталу кезіндегі ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.