Управление ключами. 
Электроника и схемотехника

В 5С-фильтрах используются различные ключи, способы их управления и дискретизации преобразуемых сигналов. Наиболее широкое применение находят однопозиционные и двухнозиционные ключи (рис. 13.23, а), которые управляются с помощью двухфазных неперекрывающихся импульсных последовательностей с частотой следования/_с = 1 /Т_с (рис. 13.23,6), где Г_с = 2 Т, Т — длительность импульса (такта, фазы). Последовательность u_Se мгновенно переводит в замкнутое состояние ключи S_e в четные {even) моменты времени 2kT, а последовательность u_So — ключи S₀ в нечетные {odd) моменты времени {2k + 1)7' где k = 0, 1, 2,… Интервал времени 2kT< t < {2k + 1) Г, в течение которого ключи S_e находятся в замкнутом состоянии, обозначим Ф_е и будем называть четной фазой, а интервал {2k + 1) Г< t < {2k + 2)Т для замкнутого состояния ключей S₀ обозначим Ф₀ и будем называть нечетной фазой. Таким образом, в 5'С-цеиях происходит последовательное во времени чередование фаз Ф, и Ф₀. На схемах ключи обычно изображают в разомкнутом состоянии и обозначают S_e или е и S₀ или о. Следует отметить, что одновременное размыкание ключей S_e и 5₀ не влияет на характер работы 5С-цепи, в то время как их одновременное замыкание может вызывать нарушение функционирования устройства.

Управление ключами должно быть согласовано (синхронизировано) с преобразуемыми дискретными сигналами, т. е. необходимо, чтобы напряжение на ключе изменяло свое значение только в моменты коммутации ключа и поддерживалось постоянным в течение всей фазы. Для этого при дискретизации сигнал разделяется на четные и нечетные компоненты, которые используются в качестве источников напряжения при анализе 5С-цепи. Дискретные сигналы с фиксацией напряжения в течение половины {TJ2 = 7) и полного {Т_с = 2Т) периода следования тактовых импульсов, а также четные и нечетные компоненты этих сигналов изображены на рис. 13.24.

Рис. 13.23. Схемы ключей {а) и двухфазных последовательностей управляющих импульсов {б).

Рис. 13.24. Дискретизированные напряжения и их четные и нечетные компоненты: с фиксацией в точках кТ (а —в),

2кТ (г-е) и (2к+1)Т (ж-и)

Для формирования дискретных сигналов, приведенных на рис. 13.24, а, г, ж, можно использовать УВХ, содержащее ключ, конденсатор и два операционных усилителя (рис. 13.25, а, б). Каждый усилитель охвачен отрицательной обратной связью, благодаря которой его входное сопротивление велико, а выходное сопротивление мало. Эти свойства оказывают благоприятное влияние на работу УВХ. При замыкании на короткое время ключа 5 напряжение на конденсаторе С мгновенно изменяется до текущего значения входного сигнала и_вх(?_А). После размыкания ключа конденсатор сохра;

Рис. 13.25. Схемы УВХ (а, б) и принцип формирования ДС, приведенных на рис. 13.24, в — д

няет это значение (отсчет) до перехода в следующее замкнутое состояние. Временные диаграммы на рис. 13.24, в поясняют принцип работы УВХ. Сигналы, равные нулю в течение половины периода дискретизации Т_л (рис. 13.24, г, Э), могут быть получены обработкой напряжения и с помощью переключающих цепей, изображенных на рис. 13.25, в, г.

В схеме на рис. 13.25, а всегда и_вых < и_вх, так как коэффициент передачи обоих ОУ меньше единицы, т. е. имеется ошибка. Для повышения точности используется отрицательная обратная связь, охватывающая оба усилителя (см. рис. 13.25, б). При этом на выходе ОУ, напряжение и_х > и_вх, благодаря чему достигается компенсация падения напряжения на ключе и ОУ₂. При замкнутом ключе и_вых = и_вх. В этом состоянии диоды и УВ₂ закрыты, так как падение напряжения и, — и_вых на них мало. При размыкании ключа 5 выходное напряжение и_вых остается неизменным. В этом состоянии резистор /? и диоды УЬ₂ защищают усилитель ОУ, от перегрузок, что способствует уменьшению времени заряда конденсатора С после замыкания ключа.

Особенности построения схем^{С-фильтров.} Для интегрального исполнения фильтра на переключаемых конденсаторах необходимо располагать его принципиальной электрической схемой. Схемотехника 5С-фильтров отличается многообразием. Один и тот же фильтр для заданных исходных требований или при известной передаточной функции Н (г) может быть построен по различным схемам. Круг возможных схемных решений 5С-фильтров расширяется из-за отсутствия общих принципов построения схем устройств на переключаемых конденсаторах, свойства которых в сильной степени зависят от алгоритма коммутации ключей. Однако для 5Сфильтров можно рекомендовать несколько способов построения схемы фильтра, которые тесно связаны с выбранным методом его проектирования (синтеза), а именно:

• • при использовании активного /?С-фильтра в качестве прототипа путем замены его резисторов 5С-эквивалентами;
• • путем имитации лестничных фильтров с помощью интеграторов;
• • с помощью ключей, инвертирующих напряжение;
• • эмуляцией цифровых фильтров.

Ниже рассматриваются особенности реализации этих способов.