0 10

10 10

I ПАВ

....

ПКФ \

LC CPpi

0.01 0,1 1,0 10 100 j,Mru

Рис. 5.10. Области использования селективных устройств

Z,C-KOHTypoB несовместима с технологией изготовления ИС. Частично устранить эти недостатки позволяет использование иа частотах 50...100 МГц LC-фильтров с печатными (пленочными) катушками индуктивности, однако, им свойственна низкая добротность.

В значительной мере указанных недостатков лишены рассмотренные ниже активные iC-фильтры и электроакустические системы: пьезоэлектрон-иые устройства (пьезоэлектрические фильтры, пьезокерамические фильтры, фильтры иа ПАВ) и электромеханические фильтры.

На рис. 5.10 показаны области предпочтительного использования основных видов селективных устройств УПЧ [77], где LC - Z-C-фильтры; Z-CnK - фильтры с печатными катушками индуктивности; LC СРП - LC-структуры с распределенными параметрами, RC - активные iC-фильтры; ПЭФ - пьезоэлектрические фильтры, ПКФ - пьезокерамические фильтры; ЭМФ - электромеханические фильтры; ПАВ - фильтры иа ПАВ. Их сравнительные характеристики позволяют, исходя из предъявляемых требований и возможности их обеспечения, выбрать необходимый вид фильтра УПЧ.

Апериодический каскад иа ИС, применяемый в УПЧ с разделением функций усиления и селективности, показан иа рис. 5.11, а.

Наиболее простыми в настройке и некритичными в эксплуатации являются УПЧ с одиночными ЕС-контурами, настроенными на одну частоту. Вместе с тем такие усилители имеют наихудший коэффициент прямоугольности, т. е. наихудшую селективность при заданной полосе пропускания - так, при числе каскадов N у А коэффициент прямоугольности kQ 3. Применяется как широкополосный усилитель при относительно невысоких требованиях к селективности. Обладает малым предельным значением произведения коэффициента усиления иа полосу пропускания, вследствие чего при необходимости получить относительно широкую полосу пропускания (Я > 5 МГц) усиление оказывается малым и УПЧ такого типа ие применяют. При увеличении числа каскадов для сохранения Я = const при заданной неравномерности АЧХ следует уменьшать сопротивление шуити-

0,033

C=hrf

750 I

LTEdrSf-bjT, L i

Рис. 5. 11. Схема апериодического каскада УПЧ,на интегральной схеме

рующего резистора, что уменьшает коэффициент усиления, поэтому нецелесообразно увеличение числа каскадов больше критического Л^р = =/Cl/4, где Ki - коэффициент усиления единичного каскада, полоса которого равна полосе пропускания усилителя П.

Схемы LC-одноконтурных УПЧ принципиально не отличаются от рассмотренных выше схем одноконтурных УСЧ. В качестве примера на рис. 5.11, б, в показана схема такого усилителя, где в качестве АЭ использована четырехтранзисторная ИС. Увеличение числа транзисторов в ИС позволяет поднять коэффициент устойчивого усиления при минимальном числе комплектующих элементов. Характерной особенностью многотранзисторных ИС является использование непосредственных связей между каскадами и применение отрицательных обратных связей для повышения стабильности [111].

Активные RC-фильтры применяют в профессиональной РЭА в области звуковых и умеренно высоких радиочастот до 1...5МГц. При малых расстройках обеспечивают АЧХ, близкую к характеристикам одноконтурных LC-каскадов. Основные достоинства активных ;?С-фильтров - простота, возможность реализации в микроминиатюрном исполнении на базе интегральной технологии. Активные /?С-фильтры позволяют в одном устройстве совместить функции фильтрации и усиления. Кроме того, в настоящее время они являются единственным классом электрических фильтров, имеющих высокую селективность в диапазоне инфраиизких частот.

Схемы селективных /?С-звеньев выделены на рис. 5.12, 5.13 штриховой линией. На основе таких звеньев строятся фильтры нижних частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые и режекторные фильтры (ПФ, РФ). В ПФ и РФ используют четырехполюсники, выделенные на рис. 5.12. В пассивном виде эти звенья не обеспечивают необходимой селективности и поэтому реализуются совместно с активными усилительными устройствами с коэффициентом усиления К. Звено, выделенное на рис. 5.12, а, обладает

резонансными свойствами и в ПФ включается в тракт положительной обратной связи (7 - цепь), а в РФ- в тракт отрицательной обратной связи (ОС). Кроме того, в активный ПФ для стабилизации работы схемы введена отрицательная ОС. Цепь, выделенная иа рис. 5.12, б (двойной Г-об-разный мост) обладает аи-тирезонансиыми свойствами и в ПФ включается в тракт отрицательной ОС (Р - цепь), а в РФ - в тракт положительной ОС. На рис. 5.13, а показан активный

/?С-фильтр со звеном нижних частот второго порядка, на рис. 5.13,6 - со звеном верхних частот второго порядка. В обоих фильтрах введена стабилизирующая отрицательная ОС. Для повышения селективности применяют каскадное включение таких устройств. Такое включение применяют также для получения ПФ или РФ из ФНЧ и ФВЧ.

Еще один класс активных iC-фильтров может быть построен на базе гираторов. Идеальный гиратор описывается матрицей К-параметров

О G -G О

Рнс. 5.12. Полосовые активные iC-фнльтры

его эквивалентная схема с двумя генераторами тока приведена иа рис. 5.14, а. Если иа выходе гиратора включен двухполюсный элемент с сопротивлением Z, то входное сопротивление нагруженного гиратора Z = l/GZ. Отсюда следует, что при нагрузке гиратора конденсатором входное сопротивление схемы == jdiC/G совпадает с сопротивлением индуктивного характера т. е. селективную схему можно синтезировать без индуктивных элементов, заменив их емкостным элементом и гиратором.

Схема фильтра с гиратором, собранном на операционном усилителе, приведена иа рис. 5.14, б. Центральная частота фильтра может быть рассчи-

к

UsbiX

Uhix ->

Рнс. 5.13. Активные ЛС-фильтры нижних н верхних частот