номиналов без нежелательного увеличения значения ПУЧ. Это связано с тем, что сама характеристика параметра ПУЧ яв ляется достаточно плоской вблизи ее минимума.

После окончательного вычисления номиналов можно сконструировать саму цепь, для чего оставшиеся недискретные ре зисторы подгоняются детерминистическим способом.

На четвертом этапе проводятся измерения номинальных параметров цепи (например, частоты полюсов, добротности, затухания), которые задаются в исходных данных программы. Точность результирующего фильтра будет зависеть от того, с какой точностью измеряются номиналы конденсаторов и резисторов и насколько идеальным является ОУ. Для низких значений добротностей и частот можно предположить, что ОУ близок к идеальному, на более же высоких частотах будет смещение значения частоты и добротности, которое может или быть приемлемым, или нет. Если же такой результирующий сдвиг недопустим, то его можно исключить либо с помощью функциональной настройки (см. разд. 6.2), либо выбирая более качественную высокодобротную схему, либо с помощью предыскажений параметров схемы.

В случае предыскажений первоначально требуемые параметры домножаются на величину, обратную мультипликативному коэффициенту, получаемому из измеренных искажений. Этот этап повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Например, если требуемая частота равна 10 000 Гц, а измеренное ее значение составляет 9850 Гц (из-за влияния неидеальностей), то этот мультипликативный коэффициент составит 0,985. Тогда предварительно искаженная частота равна 10 152,3 Гц и будет использоваться в качестве нового исходного параметра в программе вычисления номиналов резисторов с предыскажениями. Однако необходимо отметить, что для единственной схемы более быстрой является функциональная настройка, а не процедура предыскажений, которая обычно применяется при крупносерийном производстве данной схемы.

8.2. Выбор активных и пассивных элементов

Существует много различных характеристик большей или меньшей важности, которые необходимо принимать во внимание при выборе операционного усилителя при конструировании активного фильтра. Наиболее важными характеристиками являются: коэффициент усиления ОУ с разомкнутой петлей обратной связи и фазово-частотная характеристика, их температурная стабильность, выходное и входное полные сопротивления, уровень шумов, скорость нарастания и искажения. Температурная стабильность коэффициента усиления ОУ с разомкнутой петлей обратной связи и фазово-частотной характеристи-

КИ ИЛИ График его частотной характеристики на различных температурах часто не включаются в технические условия, поставляемые изготовителями ОУ. Диаграмма фаза - частота вблизи частоты единичного коэффициента усиления, использующая в качестве параметра емкость нагрузки, также является очень важным индикатором устойчивости ОУ и иногда в технических условиях отсутствует. При относительно больших масштабах производства активных фильтров рекомендуется поэтому выбирать оптимальный ОУ с точки зрения его стоимости и рабочих характеристик, исходя из намерений, выполненных, как правило, для данного его применения. Для низкодобротных и низкочастотных использований удовлетворительные результаты обеспечивает ОУ типа 741. Здесь наиболее подходит счетверенный ОУ типа 4741 фирмы Harris, поскольку помимо его низкой стоимости и других преимуществ ОУ аналогичного класса он имеет также исключительную температурную стабильность коэффициента усиления с разомкнутой петлей обратной связи и очень низкий уровень собственных шумов. Можно предположить, что к моменту выхода этой книги из печати другие фирмы-изготовители также выпустят высокочастотные, термостабильные ОУ приемлемой стоимости, которые позволят расширить используемые диапазоны частот и добротностей активных фильтров.

После выбора типа ОУ, основанного на тщательном его испытании в сочетании с возможными измерениями его характеристик, можно определить пределы номинальных значений резисторов, которые должны использоваться в данной РС-цепи. Это в свою очередь зависит от входного и выходного сопротивления ОУ. Необходимо отметить, что машинные программы расчета активных фильтров, которые представлены в этом справочнике, предполагают использование идеального ОУ. На практике же используемые в РС-цепи номиналы резисторов, как правило, должны быть больше выходного либо меньше входного сопротивления ОУ по крайней мере на порядок. Применение этого эмпирического определения для ОУ типа 741 с выходным сопротивлением 100 Ом и входным 1 мОм подтверждает, что допускается относительно узкий диапазон номиналов резисторов, а именно от 1 до 100 кОм. Действительно, после тщательного изучения технических условий на операционный усилитель этого типа видно, что большинство приведенных характеристик имеет силу только для нагрузочного резистора не менее 2 кОм (хотя обычно характеристики снимаются с нагрузочным резистором в 10 кОм). Таким образом, оставшийся диапазон номиналов резисторов даже еще меньше, а именно не превышает двух порядков. Этот факт необходимо принимать во внимание при прогоне программ и изменении но-

миналов конденсаторов в исходных данных, так чтобы оставаться в пределах ограниченного диапазона номиналов резисторов, как определено из технических условий на ОУ.

8.3. Решение проблемы устойчивости

С проблемами устойчивости активных фильтров приходится сталкиваться в силу ряда причин, поскольку в некоторых случаях вместо фильтра можно получить генератор. Главными источниками неустойчивости в активных фильтрах являются:

а) ОУ, которые слишком критичны к частотной коррекции,

б) существование высокочастотных паразитных полюсов и

в) чрезмерная емкостная нагрузка. Для выявления причин неустойчивости фильтра первым шагом является проверка правильности подсоединения всех пассивных элементов и всех контактов ОУ. Кроме того, нельзя забывать, что для питания усилителя необходимы два симметричных напряжения и часто требуются элементы внешней частотной коррекции. Естественно, что выгодно, перед тем как использовать ОУ, тщательно изучить его технические условия, а такле сравнить схему реализованного активного фильтра с его схемой, приведенной в этой книге.

Если даже после проверки активный фильтр все еще продолжает самовозбуждаться, то рекомендуется закоротить входной контакт схемы на земляную шину. Это делается потому, что существует много типов фильтров, которые устойчивы только с заземленным входом. На практике это означает, что они должны питаться от источника напряления с низким полным выходным сопротивлением. Таким образом, если после заземления входного контакта происходит срыв паразитных колебаний, то они вызываются, следовательно, высоким выходным полным сопротивлением предыдущего или питающего каскада. Подключение на вход схемы активного фильтра повторителя напряжения или развязывающего усилителя с низким выходным полным сопротивлением доллсно, таким образом, решить эту проблему. Однако далее если самовозбуждение еще продолжается, все дальнейшие исследования должны проводиться с заземленным входным контактом фильтра.

Для подключения выходного контакта ОУ к осциллографу необходимо использовать высокоомный щуп с низкой собственной емкостью. Если же такой щуп отсутствует, то следует использовать включенный последовательно со щупом резистор (например, 10 кОм), поскольку сама емкость подсоединяющего осциллограф кабеля может быть достаточной, чтобы вызвать возбуждение ОУ.

Существуют, как правило, два основных типа самовозбуждения, которые присущи активным фильтрам. Частота самовоз-