Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [ 63 ] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

ваемую мощность, так как для синтеза передаточной функции п-то порядка требуется («4-2) операционных усилителя.

9-9. обзор методов синтеза линейных активных фильтров

Для разработки схем линейных активных фильтров можно использовать различные методы синтеза. Принципиально все методы пригодны для построения фильтров в интегральной форме, так как элементы таких фильтров изготовляются путем применения монолитной или гибридной технологии. В предыдущих параграфах настоящей главы раесм-отрены некоторые основные методы синтеза и их применение для проектирования аналоговых интегральных схем. Особое внимание уделено сравнению схем различных классов по их сложности, требуемому усилению и чувствительности к изменению параметров.

Выбор конкретной схемы активного /?С-фильтра часто представляет собой сложную проблему и зависит в сильной степени от опецифики условий его работы. Поэтому на практике почти всегда стремятся разрабатывать специализированные, а не универсальные схемы активных фильтров, т. е. такие, которые предназначены для выполне-ния определенных конкретных функций. Некоторые гибридные интегральные схемы активных фильтров изготовляются как универсальные блоки, которые служат исходными элементами для построения более сложных устройств. Однако подобные схемы фильтров не получили достаточно широкого распространения, чтобы их можно было принять в качестве стандартных интегральных схем. Такое положение является особенностью схем активных фильтров, так как другие классы аналоговых интегральных схем, такие, как операционные усилители, стабилизаторы, умножители, находят очень широкое применение.

Интегральные схемы активных /?С-фильтров имеют три основных недостатка:

1. Диапазон частот: соображения устойчивости ограничивают применение /?С-фильтров диапазоном ниже 100 кГц.

2. Чувствительность к изменению параметров: избирательность и центральная частота фильтра часто очень сильно зависят от коэффициента усиления и абсолютных величин элементов в цепи обратной связи.

3. Стоимость: как правило, для формирования двух комплексно-сопряженных полюсов требуются четыре элемента с достаточно точными номиналами (два резистора и два конденсатора). Эти элементы можно изготовить в интегральной форме только с помощью тонкопленочной или гибридной технологии. Это обстоятельство существенно увеличивает сложность и стоимость схем.

В некоторых случаях удается преодолеть некоторые из перечисленных недостатков активных RC-фильтров путем применения других методов, которые существенно отличаются от рассмотренных выше методов линейкой обратной связи. Одним из примеров такого подхода является использование систем с фазовой автоподстройкой (ФАП) для обеспечения необходимой избирательности. Методы фазовой автоподстройки рассматриваются во второй части настоящей главы.

МЕТОДЫ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ

9-10. контур фазовой автоподстройки

В частотно-избирательных hhic-гральных схемах с фазовой автоподстройкой используются селективные свойства контура фазовой автоподстройки. Основные принципы построения схем ФАП были известны уже в начале 30-х годов.



Однако из-за большой стоимости и сложности таких схем в нсинте-гральной форме их применение ограничивалось точными измерительными системами, в которых требуются очень узкая полоса пропускания и высокая помехоустойчивость.

На рис. 9-15 приведена блок-схема системы с контуром фазовой автоподстройки. Система фазовой автоподстройкой представляет собой систему с обратной связью, Б составе которой имеются фазо-сравнивающее устройство /, фильтр нижних частот 2 и усилитель сиг-пала рассогласования 3 в прямой цепи и генератор 4, управляемый напряжетием, в цепи обратной связи. Подробный анализ схем фазовой автоподстройки как систем с квазилинейной обратной связью здесь не приводится. Однако имеет смысл кратко пояснить с качественной точки зрения основные принципы схемы фазовой автоподстройки. При отсутствии сигнала на входе системы напряжение рассогласования Ud{t) на рис. 9-15 равно нулю. При этом управляемый генератор вырабатывает напряжение, имеющее частоту свободных (несин-хронизированных) колебаний т-При подаче сигнала Us(t) на вход системы фазовый компаратор сравнивает фазу и частоту входного сигнала с частотой управляемого генератора и вырабатывает напряжение рассогласования Ue{t), связанное с разностью фаз и частот двух сигналов. Напряжение сигнала рассогласования далее фильтруется, усиливается и подается на вход управляемого генератора. Под действием управляющего напряжения Ud{t) частота управляемого генератора изменяется таким образом, чтобы уменьшилась разность частот между /о и частотой входного сигнала. Если частота входного сигнала fs достаточно близка к частоте генератора /о, то действие обратной связи Е схеме ФАП приводит к тому, что управляемый генератор оказьшает-

ue(f)

1>

Рис. 9-15. Структурная схема системы с контуром фазовой автоподстроики.

ся синхронизированным или «захваченным» входным сигналом. После того как захват осуществлен, часто та генератора становится равной частоте входного сигнала, а сдвиг фаз между ними имеет конечную величину. Эта разность фаз фо необходима для выработки напряжения рассогласования Ud для перестройки генератора от частоты свободных колебаний на частоту входного сигнала fs и поддержания контура ФАП в режиме синхронизации. Эта способность системы ФАП позволяет отслеживать изменения частоты входного сигнала после синхронизации генератора. Диапазон частот, в котором система ФАП может поддерживать синхронизацию с входным сигналом, определяется как диапазон или полоса синхронизации. Диапазон синхронизации всегда больше диапазона частот, в котором система ФАП может войти в режим синхронизации. Последний диапазон частот известен как диапазон или полоса захвата системы.

Процесс захвата очень сложен и не поддается описанию с помощью простого математического аппарата. Однако качественное описание механизма захвата можно представить в следующем виде. Так как частота является производной фазы по времени, отклонения частоты и фазы в контуре ФАП можно связать соотношением

где-Д/() -мгновенная разность частот входного сигнала и управляе-



мого генератора, а у - коэффициент пропорциональности.

Если контур обратной связи системы ФАП разомкнут, например, между фильтром нижних частот и управляющим входом генератора, то при данных значениях /о и fs на выходе фазосравнивающего устройства будут иметь место биения частоты А/. Если частоты генератора к входного сигнала достаточно близки, то частота биения сможет пройти через фильтр нижних частот с очень малым затуханием. Теперь предположим, что цепь обратной связи замкнута, т. е. выход фильтра нижних частот соединен с управляющим входом генератора. При этом частота генератора будет модулироваться частотой биений, и при этом частота А/ сама станет функцией времени. Если во время процесса модуляции частота генератора приближается к частоте сигнала fs (т. е. частота А/ уменьшается), то производная d(po(t)/dt уменьшается и выходной сигнал фазосравнивающего устройства становится медленно меняющейся функцией времени. Аналогично если в процессе модуляции разность частот генератора и сигнала увеличивается, то производная d(po(t)/dt возрастает и напряжение сигнала рассогласования становится быстро меняющейся функцией времени. При этом биения становятся несинусоидальными, а приобретают форму следующих один за другим апериодических заостренных выступов, вид которых схематически показан на рис. 9-16, Так как форма колебаний биений несимметрична, они имеют постоянную составляющую


Рис. 9-16. Вид апериодических колебаний сигнала ошибки в режиме захвата.

конечной величины, которая подается на управляющий вход генератора и вынуждает среднюю частоту генератора изменяться в направлении к fs, уменьшая величину Af, При этом частота биений быстро-уменьшается до нуля, частота генератора стремится к частоте сигнала и контур ФАП оказывается в режиме синхронизации. В установившемся режиме синхронизации частота биений Af равна нулю с точностью до ошибки установившегося режима. Полное время, необходимое для установления в контуре ФАП установившегося режима синхронизации, называется временем захвата.. Величина времени захвата зависит от начальной разности частот генератора и сигнала, полного коэффициента усиления в контуре ФАП в полосы пропускания фильтра нижних частот. При определенных условиях время захвата может быть меньше периода биений. В этом случае процесс установления синхронизации !в контуре не имеет колебательного переходного режима. В работе контура ФАП фильтр нижних частот выполняет две функции: во-первых, ослабляя высокочастотные составляющие сигнала рассогласования на выходе фазосравнивающего устройства, фильтр нижних частот повышает помехоустойчивость системы ФАП, и, во-вторых, обладая кратковременной «памятью»,, фильтр нижних частот обеспечивает быстрый повторный захват сигнала при нарушении режима синхронизации системы под действием нестационарных помех. Так как фильтр-нижних частот ослабляет высокочастотные составляющие сигнала рассогласования, он непосредственно определяет процесс захвата частоты сигнала и переходные характеристики системы ФАП в целом. Уменьшение полосы пропускания фильтра оказывает следующее влияние на характеристики системы ФАП:

1. Процесс захвата протекает более медленно, а время захвата возрастает.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [ 63 ] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0006