С помощью программы МС-7 можно проводить также проектирование и расчет простейших (с изменением усиления 20 дБ на декаду вне полосы пропускания) фильтров, в которых используется операционный усилитель с параллельной или последовательной ООС по напряжению. При этом можно реализовать как ФНЧ, ФВЧ, так и полосовые или заграждающие фильтры [5, ч 2. с26-33]. Структура указанных фильтров ФНЧ, ФВЧ и ПФ с использованием параллельной ООС по напряжению приведена на рис.13.
| ROC (ZOC) |
| IOC |
| U2(oc) |
| RВХ |
| RГ |
| RH |
| ΔU |
| EГ |
| KO |
| IГ |
| (ZГ) |
Рис.13
В [5] показано, что если в качестве сопротивления обратной связи ZОС использовать параллельное соединение резистора и конденсатора:
,
а сопротивление генератора ZГ выполнить в виде последовательного соединения резистора и конденсатора:
,
то комплексный коэффициент передачи устройства приведенного на рис.13 будет:
,
где 
.
Если 
, то образуется широкополосный и полосовой фильтр с коэффициентом передачи (усиления при RОС>RГ) равным
.
Верхняя и нижняя граничные частоты такого фильтра будут:
.
Если полоса пропускания такого фильтра
будет достаточно широкой, то такой широкополосный усилитель может быть использован в качестве импульсного усилителя, у которого время нарастания фронта импульса составит:
а величина нормированного спада плоской части импульса Δ при небольших его величинах (Δ~5%), будет приближенно равна
где ТО -длительность входного импульсного сигнала прямоугольной формы.
Если сопротивление ZОС будет содержать только резистор
, а сопротивление ZГ останется прежним, то устройство на рис.13 будет соответствовать фильтру верхних частот (ФВЧ) с комплексным коэффициентом передачи
.
Если же 
, то устройство превратится в фильтр нижних частот.
Следует заметить, что такой подход при проектировании широкополосных и импульсных усилителей требует выполнения усиленного неравенства
и кроме того относительно небольшого падения усиления на граничных частотах
обычно не превышающей 5 дБ. В этом случае наблюдается достаточно плоская АЧХ устройства в области средних частот.(границы верхних и нижних частот не «налезают друг на друга».
Наконец, если выполнить устройство, где фильтры верхних и нижних частот работают параллельно на сумматор и постоянная τВ будет больше постоянной τН:
τВ>> τН:,
то устройство представленное на рис.14 будет режекторным (заграждающим) фильтром
| Вход |
| Выход |
| ФНЧ |
| ФВЧ |
| Сумматор |
Рис.14
Приведенные соотношениясправедливы, когда полоса пропускания операционного усилителя(ОУ) значительно больше рабочих частот фильтра, его коэффициент усиления и входное сопротивление бесконечно большие, т.е. полагалось, что ОУ является идеальным. В программе MICRO-CAP-7 такой усилитель описывается моделью первого уровня (level=1) Однако в программе предусмотрена возможность перехода на более высокие уровни (level=2 и level=3). [1, c.217]. В частности, при уровне level=2 и level=3 операционного усилителя можно задавать конечную величину А - коэффициент усиления ОУ на постоянном токе. По умолчанию величина этого коэффициента принимается равной А =2 10+5, но имеется возможность его редактирования. При втором уровне модели ОУ полагается наличие двух полюсов усилителя, первый из которых низкочастотный(доминирующий) определяет его полосу пропускания. Изменение этого полюса в программе MICRO-CAP-7 осуществляется путем редактирования величины, имеющей аббревиатуру GBW (произведение коэффициента усиления А на частоту первого полюса- в русской транскрипции площадь усиления). Таким образом, переходя от идеальной модели ОУ к модели второго уровня и наблюдая изменение частотных или переходных характеристик синтезируемых фильтров, можно с использованием справочников выбрать тип реального операционного усилителя, который будет обеспечивать технические требования на разрабатываемое устройство. Например, с заданной точностью усиления, полосе пропускания или времени нарастания фронта и спада плоской части импульса. Сказанное иллюстрируется следующими соотношениями см.- [5, ч 2, с.26-27]. Сквозное коэффициент передачи напряжения операционного усилителя, охваченного параллельной ООС по напряжению при учете только конечного коэффициента усиления K0 и входной проводимости gВХ ОУ согласно выражениям стр.27 [5] будет:
Если положить здесь gВХ =0 (входное сопротивление равно бесконечности), то последнее выражение, будет:
.
При К0 =∞ получаем известное соотношение 
.
Заменим в последнем выражении коэффициент усиления K0 на операторный коэффициент передачи
,
т.е. перейдем от модели первого уровня ОУ к модели операционного усилителя второго уровня и с учетом только первого (доминирующего) полюса 
и коэффициента усиления К0 на постоянном токе. Тогда получим:
,
где 
- эквивалентный коэффициент передачи устройства с ОУ второго уровня, β=RОС/RГ- коэффициент передачи устройства с идеальным операционным усилителем(первого уровня), 
-эквивалентная постоянная операционного усилителя охваченного параллельной ООС по напряжению.
Если в последнем выражении перейти к комплексной переменной
,
то изменяя параметры K0 и τ, появляется возможность оценить влияние неидеального операционного усилителя второго уровня на коэффициент передачи широкополосного или импульсного усилителя по сравнению с в устройством при идеальном ОУ, когда коэффициент передачи определяется только отношением двух операторных выражений. ZOC(p)/ZГ(p).
В качестве элементов ZOC(p) и ZГ(p) могут быть не только двухполюсники, но и более сложные структуры, например, четрырехполюсники в виде двойного Т- образного моста, линии задержки и другие структуры.
Раздел 111
