Расчёт смещения нуля

Сдвиг нуля характеризуется следующими параметрами ОУ: ЭДС смещения, входными токами, разностью входных токов.

Сдвиг от ЭДС смещения нуля

Данный сдвиг возникает из-за неидеальной симметрии и разбаланса всей схемы ОУ.Можно считать , что выходное напряжение сдвига вызвано подключение ко входу иточника ЭДС Есм.

U1вых0=Есм(1+Rсв/R) где R = R1||R3 для первого каскада и R=R4IIR6 для второго каскада (см. Ногин В.Н. «Аналоговые электронные устройства» п.13.6.1 стр.202)

Eсм - напряжение смещения нуля Eсм ≤ 10мВ

Для первого каскада Rсв = 99.6 кОм

U1вых0₁≤±0.01(1+99.6/1.51)=0.67 В

Для второга каскада Rсв = 10.3 кОм  R = 1.86 кОм

U1вых0₂≤±0.01(1+10.3/1.86)=0,065 В

Влияние входного тока:

U2вых0=Iвх*Rсв где Iвх - входной ток Iвх≤100нА

(см. Ногин В.Н. «Аналоговые электронные устройства» п.13.6.2 стр.202)

Для первого каскада U2вых0₁≤0,00996 В

Для второго каскада U2вых0₂≤0,00103 В

Учет разности входных токов:

Возникает из-за того, что входные токи инвертирующего и неинвертирующего входов не точно равны между собой.

U3вых0=DIвх*Rсв где DIвх - разность входных токов DIвх≤25нА

(см. Ногин В.Н. «Аналоговые электронные устройства» п.13.6.3 стр.203)

Для первого каскада U3вых0₁≤0,00249 В

Для второго каскада U3вых0₂≤0.00025 В

Суммарный сдвиг нуля выходного напряжения(худший случай):

Uвых0=(U1вых0₁+U3вых0₁)*3+U1вых0₂+U2вых0₂+U3вых0₂

Uвых0=(0.67+0.00249)*3+0.065+0.00103+0.00025=2.084 В

Чтобы компенсировать сдвиг нуля и изменение в следствии этого передаточного коэффициента можно заменить резисторы связи R₂ и R₅ переменными резисторами для более тонкой настройки схемы.

Краткое описание работы фильтра

Входной сигнал поступает на фильтр первого порядка, выполненный на элементах C1, R1. При увеличении частоты входного сигнала уменьшается емкостное сопротивление конденсатора C1, что приводит к уменьшению падения напряжения на нём и, соответственно к уменьшению напряжения на входе DA1. Схема, реализованная на DA1, представляет собой инвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого прямо пропорционален сопротивлению обратной связи. Поскольку в цепи обратной связи включён конденсатор C2, повышение частоты входного сигнала так же приводит к уменьшению его

сопротивления и к снижению усиления всего каскада. Резистор R3 обеспечивает работу каскада на низких частотах, когда сопротивление конденсатора C2 велико. На высоких частотах конденсатор шунтирует этот резистор и его влияние становится незначительным. Работа второго каскада, выполненного на микросхеме DA2, аналогична первому.

График АЧХ фильтра

Для построения графика в формулу (1) для передаточной функции подставляем известные коэффициенты для фильтра Баттерворта четвёртого порядка и заменяем Р:

(см. У.Титце, К.Шенк «Полупроводниковая схемотехника» п.13.1 стр. 185).

В таком случае формула для передаточной характеристики имеет вид:

Далее в программе MathCAD строим график АЧХ:

Заключение

В идеальном случае характеристики пассивных фильтров соответствуют расчётным, если сопротивление источника на входе равно нулю, а сопротивление нагрузки бесконечно. Практически создать такой режим невозможно, а отклонения от него приводят к изменению вида характеристики фильтра.

Кроме того, пассивный фильтр в принципе не обладает усилением в полосе пропускания.

Активный фильтр позволяет исключить указанные недостатки пассивного фильтра.

В целом применение активных фильтров позволяет избежать уменьшения амплитуды сигнала на выходе схемы, что имеет место в схемах с пассивными элементами, например, классическом LC-фильтре.

Применение двухкаскадной схемы и реализация фильтра четвёртого порядка обеспечили высокую крутизну спада АЧХ за пределами полосы пропускания.