Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ.— М.: Мир, 1984. — 320 с, ил.



Книга специалистов из Швейцарии представляет собой справочное пособие по методам практического проектирования и настройки активных фильтров, находящих широкое применение в современной радиоаппаратуре. Для выбора параметров фильтров предусмотрено использование разнообразных вычислительных устройств — от программируемых карманных калькуляторов до мини-ЭВМ с программированием на языках Фортран или Бейсик. Приведены соответствующие программы. Для разработчиков, радиолюбителей, аспирантов и студентов соответствующих специальностей вузов.
Можно считать, что история современных активных RС-фильтров начинается с появления в начале 60-х годов интегрального операционного усилителя, который и определил столь быстрое развитие активной фильтрации. За прошедшие два десятилетия соответствующая техническая литература прошла путь от отдельных журнальных статей до обобщающих монографин. Теперь настало время и справочников1, что позволяет предположить близкое завершение темы. Приходится констатировать, что в настоящее время, когда требования к обработке сигналов повсеместно растут, реализация чисто активных RС-фильтров, характеристики которых определяются элементами R и С, достигла уже предела возможностей современной гибридной технологии. Сейчас активные RС-фнльтры успешно заполняют освобождающуюся от LC-фильтров огромную нишу в радиоаппаратуре в части микроминиатюризации первого порядка, где нет пока необходимости или возможности использования интегральной технологии. Особенность этого процесса состоит в том, что помимо традиционного применения фильтры широко внедряются в бытовую, медицинскую, геофизическую и другую аппаратуру, разработчики которой не знакомы с тонкостями проектирования фильтров. В этом отношении весьма полезным может оказаться предлагаемое справочное пособие по расчету активных фильтров, которое предназначено как для новичков, так и для специалистов.
В справочнике кратко (что необходимо отметить как особую заслугу авторов) представлен весь комплекс вопросов практического проектирования активных фильтров, начиная от аппроксимации заданной характеристики и оптимального расчета величин элементов схемы до особенностей настройки. Как принято в последнее время, расчет фильтров ведется по рабочим пара-метрам, а их построение основано на каскадном соединении звеньев второго порядка.
Удачно выбрана форма изложения материала, которая позволяет специалисту-фильтровику легко дополнять справочник своим опытом разработки. Книга хорошо продумана и скомпонована. После ее прочтения возникает такое ощущение завершенности темы, которое наводит на мысль о лебединой песне если не вообще для литературы по активным RС-фильтрам, то, во всяком для основного автора книги Мошица — давнего и известного специалиста. При подготовке книги к печати было решено дополнить ее в части использования отечественных настольных вычислительных средств. Соответствующие программы для ПЭКВМ «Искра-125» по расчету всех представленных схем звеньев фильтров составлены М. Н. Микшисом.
Перевод книги выполнен И. Н. Теплюком (предисловие, гл. 1) и Н. Микшисом (гл. 2—8, приложения).
До появления интегральных схем и активных фильтров большинство электротехнических учреждений имело своих собственных специалистов по фильтрам, которые и решали все вопросы, связанные с проектированием классических LC-фильтров. Хотя они еще есть (и необходимость в них не отпала при проектировании фильтров), но ряды этого поколения специалистов-филь-тровиков редеют. Это можно объяснить тем, что многие предприниматели считают, что любой из их инженеров может встроить любой фильтр, даже активный, если понадобится. Такое убеждение проистекает из распространенного мнения, что активный фильтр — это не более как ряд частотно-избирательных усилителей, которые легко собираются с помощью нескольких проектных схем и таблиц для разработчиков, взятых из любого находящегося под рукой специализированного журнала. Подобное отношение к созданию активного фильтра может быть оправдано для большинства простых случаев применения. В любой же более сложной конструкции во избежание многочисленных ошибок потребуется вложить больше усилий и знаний. Задачей этой книги и является обеспечение как профессионального разработчика активных фильтров, так и неспециалиста такими дополнительными сведениями, с помощью которых можно без особого труда проектировать оптимизированные дешевые активные фильтры, которые будут хорошо работать в самых разнообразных конструкциях.
Помещенный в книге материал и представленные схемы фильтров являются результатом многолетней деятельности авторов в качестве консультантов и разработчиков активных фильтров. За это время стало очевидным, что существует большое число сравнительно небольших электротехнических фирм, которым требуется широкий выбор низкочастотных активных фильтров, и, кроме того, эти фильтры при наличии небольшой дополнительной информации могут быть существенно улучшены. Многие изготовители, для того чтобы обеспечить заданные характеристики, уже на последней стадии вводят в свои конструкции активные фильтры, созданные по рекомендациям специали-зированого журнала, а потом вынуждены решать проблемы устойчивости и паразитного самовозбуждения либо в процессе изготовления, либо, что еще хуже, позже, в процессе эксплуатации. Книга и предназначена в первую очередь таким разработчикам.
В ней подробно представлено более двадцати хорошо опробованных схем активных фильтров для большинства возможных применений. Выбор этих фильтров основан на малом числе RС-элементов, минимальной потребляемой мощности (т.е. минимальном числе усилителей), низких чувствительностях к пассивным и активным элементам, простоте настройки и хорошей устойчивости в эксплуатации. Вся необходимая для проектирования и настройки информация обеспечивается расчетными уравнениями и алгоритмами, которые можйо реализовать программируемыми ручными калькуляторами или мини-ЭВМ. Приводятся листинги для программируемого ручного калькулятора SR-59 фирмы Texas Instruments, на языке Фортран для ЭВМ PDP-11/45 и на языке Бейсик для мини-ЭВМ. Поскольку расчет активных фильтров станоится более критичным с увеличением добротности полюсов, то фильтры зделяют на три атегории: низкодобротные, среднедобротные и высоко обротные. Алгоритмы для средне- и высокодобротных фильтров включают сновные процедуры оптимизации, которые обеспечивают некоторую защиту влияния неидеальности операционных усилителей. Главы по расчету и на тройке этих активных фильтров (гл. 5 и 6 соответственно) являются ядром книги и могут использоваться независимо от других глав, тем не менее некоторые основы проектирования активных фильтров включены в начальные гпавы для лучшего понимания разработчиком материала по расчету.
В гл. 1 кратко изложены основополагающие понятия и элементы теории кчассических фильтров. В гл. 2 представлена передаточная функция фильтра и поясняется ее связь с частотной характеристикой фильтра и требованиями к нему. Необходимые для оптимизации активных фильтров понятия рассматриваются в гл. 3 и более подробно в гл. 5. Сюда входят главным образом общие представления о чувствительности и расчет показателя качества. В гл. 4 даются в общем виде указанные выше три категории фильтров, а в гл. 5 они рассматриваются подробно. В пределах каждой из трех категорий по добротности полюсов рассматривается любой возможный тип фильтра второго порядка. Приведены их расчетные уравнения и алгоритмы для оптимизации, а также при необходимости данные по настройке. В гл. 6 детально представлена настройка активных фильтров второго порядка. Первые шесть глав книги посвящены в основном фильтрам второго порядка. Необходимый материал для проектирования активных фильтров высокого порядка путем каскадного соединения функциональных узлов второго порядка приводится в гл. 7. Наконец, гл. 8 содержит практические рекомендации по проектированию сложных фильтров. В ней рассмотрены некоторые наиболее часто встречающиеся, но редко упоминаемые затруднения в проектировании активных фильтров. Изложение требует минимальных знаний из курса электротехники, а это расширяет круг возможных разработчиков, что в конечном итоге и является основной целью этой книги.