Активный фильтр и его схема

 

Предлагаемая полезная модель радиоустройство относится к радиоэлектронике и может быть использована в качестве перестраиваемой входной цепи профессионального радиоприемника. Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей прототипа, а именно, получение полосовой цепи перестраиваемой по частоте. Активный фильтр, содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход операционного усилителя является выходом фильтра, к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с первым конденсатором и вторым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен третий резистор, второй вывод которого соединен со вторым конденсатором и четвертым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, при этом в схему дополнительно введен пятый резистор, а также первая и вторая катушка индуктивности, при этом пятый резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого конденсатора, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу второго конденсатора, вторые выводы первой и второй катушки индуктивности соединены с общей шиной, кроме того параллельно первому конденсатору подключен первый дискретный конденсатор переменной емкости, а параллельно второму конденсатору подключен второй конденсатор переменной емкости.

Предлагаемая полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована в качестве перестраиваемой входной цепи профессионального радиоприемника.

В аппаратуре связи широкое применение находят различные типы активных фильтров, используемые в качестве фильтров нижних частот, полосовых, корректирующих устройств. Во многих случаях эти фильтры выполняются с применением операционных усилителей.

Так в работе [1] рассмотрена схема фильтра корректора; выполненная на одном дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства. К инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с первым конденсатором и вторым резистором, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен третий резистор, второй вывод которого подключен ко второму конденсатору и четвертому резистору, второй вывод которого соединен с входной потенциальной клеммой фильтра.

Данное звено фильтра по структуре является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и выбрано в качестве прототипа. Это звено является простым и удобным в настройке и может выполнять функции фильтра нижних частот и амплитудного корректора.

К недостаткам прототипа следует отнести потенциальную неустойчивость схемы и возможность самовозбуждения операционного усилителя, поскольку он содержит положительную обратную связь. При настройке фильтра-прототипа на одну фиксированную частоту возможно создать некоторый запас устойчивости, однако, при перестройке схемы по частоте во время эксплуатации обеспечить устойчивость схемы невозможно, так как требуется замена и подстройка практически всех элементов схемы на каждой вновь выбранной частоте.

Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей прототипа, а именно, получение полосовой, перестраиваемой по частоте цепи, и обеспечение надежной работы устройства при эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в фильтр, содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход операционного усилителя является выходом фильтра, к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с первым конденсатором и вторым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен третий резистор, второй вывод которого соединен со вторым конденсатором и четвертым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, дополнительно введены пятый резистор, а также первая и вторая катушка индуктивности, при этом пятый резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого конденсатора, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу второго конденсатора, вторые выводы первой и второй катушки индуктивности соединены с общей шиной, кроме того параллельно первому конденсатору подключен первый дискретный конденсатор переменной емкости, а параллельно второму конденсатору подключен второй конденсатор переменной емкости.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличатся от прототипа тем, что в устройство дополнительно введены пятый резистор, а также первая и вторая катушка индуктивности, при этом пятый резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого конденсатора, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу второго конденсатора, вторые выводы первой и второй катушки индуктивности соединены с общей шиной, кроме того параллельно первому конденсатору подключен первый дискретный конденсатор переменной емкости, а параллельно второму конденсатору подключен второй конденсатор переменной емкости.

При сравнении заявленного решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике, не обнаружены решения обладающие сходными признаками.

На фиг.1 приведена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит операционный усилитель 1; первый резистор 2, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод первого резистора соединен с первым конденсатором 3 и вторым резистором 4, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен третий резистор 5 и пятый резистор 6, ко второму выводу третьего резистора подключены второй конденсатор 7 и четвертый резистор 8, вторые выводы второго резистора 4 и четвертого резистора 8 соединены с входной потенциальной клеммой фильтра, второй вывод первого конденсатора 3 через первую катушку индуктивности 9, соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора 7 через вторую катушку индуктивности 10 соединен с общей шиной, параллельно первому конденсатору 3 подключен первый дискретный конденсатор переменной емкости (ДКПЕ-1) 11, параллельно второму конденсатору подключен второй конденсатор переменной емкости (ДКПЕ-2) 12. Выход операционного устройства является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При условии, когда сопротивления резисторов 4 и 8 будут равны R0, сопротивления резисторов 2, 5, 6 и резистора в цепи отрицательной обратной связи будут равны R>>R0, данная схема будет эквивалентна симметричной мостовой, ветви которой являются реактивными двухполюсниками Z1 и Z2, нагруженной на сопротивление R 0 (см. фиг.2).

Операционный усилитель выполняет роль вычитателя двух передаточных функций T1 и T 2 от входа фильтра к первому входу вычитателя (второй вывод резистора 2) и второму входу вычитателя (второй вывод резистора 5 соответственно.

Если сопротивление последовательного контура, образованного индуктивностью L1 (индуктивность катушки 9) и емкостью C1, равной сумме емкостей конденсаторов 3 и 4, обозначим Z1, а сопротивление двухполюсника, состоящего из катушки 10 с индуктивностью L2 и конденсаторов 7 и 12 с суммарной емкостью C2 через Z2 , то передаточные функции T1 и T2 можно записать в следующем виде:

Передаточная функция устройства будет равна:

Передаточная функция фильтра соответствует передаточной функции симметричного мостового четырехполюсника, у которого сопротивление ветвей Z1 и Z2 определяются из соотношений:

Частотные зависимости реактивных сопротивлений Z1 и Z2 мостового эквивалента показаны на фиг.3. Частоты 1 и 2 будут соответствовать краям полосы пропускания фильтра, который имеет второй класс по характеристическому сопротивлению, номинальное значение этого сопротивления определяется выражением

Выбирая L1=L0 =L0 для номинального характеристического сопротивления. получим приближенное равенство:

=2-1

Из соотношений (3), (5) получим формулы для определения величин L0, C1 и C2.

Из приведенного следует, что изменяя значения емкостей C1 и C2. при неизменных значениях Zm и L0, мы изменяем частоты 1 и 2 и, следовательно, среднюю частоту фильтра. При этом, чтобы сохранить Zm постоянным; необходимо абсолютную ширину полосы пропускания также выбирать равной при смене частоты настройки.

В самом деле, рабочее затухание в полосе пропускания симметричного фильтра определяется выражением [2]:

где Zc - характеристическое сопротивление фильтра,

R0 - сопротивление нагрузки,

- характеристическая фаза фильтра.

На средней частоте , sin =1 и

Выбирая Zm равным R 0 и =const, при перестройке фильтра на частоте 0 и близких к ней, получим рабочее затухание близкое к нулю.

Таким образом, выбирая алгоритм перестройки ДКПЕ-1 и ДКПЕ-2 можно обеспечить в предложенном устройстве перестройку средней частоты фильтра, постоянную абсолютную полосу пропускания при малом вносимом затухании в полосе пропускания.

Источники информации:

1. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем, Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др. под редакцией Ланнэ А.А., «Радио и связь», 1984, (стр.175 схема 8).

2. Теоретические основы электропроводной связи, ч.III. Белецкий А.Ф. «Радио и связь», М., 1959, (стр.194).

Активный фильтр, содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, выход операционного усилителя является выходом фильтра, к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с первым конденсатором и вторым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключен третий резистор, второй вывод которого соединен со вторым конденсатором и четвертым резистором, второй вывод которого подключен к входной потенциальной клемме фильтра, отличающийся тем, что в схему дополнительно введен пятый резистор, а также первая и вторая катушка индуктивности, при этом пятый резистор подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, а второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, первая катушка индуктивности подключена ко второму выводу первого конденсатора, вторая катушка индуктивности подключена ко второму выводу второго конденсатора, вторые выводы первой и второй катушки индуктивности соединены с общей шиной, кроме того, параллельно первому конденсатору подключен первый дискретный конденсатор переменной емкости, а параллельно второму конденсатору подключен второй конденсатор переменной емкости.



 

Похожие патенты:

Активный фильтр относится к области электротехники и может использоваться в системах электропитания и распределения электрической энергии для компенсации искажений тока, создаваемых нелинейными нагрузками с бестрансформаторным входом на основе однофазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром.

Полезная модель относится к радиотехнике, системам связи и может использоваться в микроэлектронных селективных узлах радиоэлектронных устройств, в звуковоспроизводящих системах, измерительной и биомедицинской аппаратурах для частотной фильтрации электрических сигналов, в корректирующих устройствах автоматизированных систем

Полезная модель относится к технике радиосвязи и может быть использована в антенно-согласующих устройствах широкодиапазонных радиопередатчиков.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, в основном, для получения радиочастотного магнитного поля в катушках индуктивности устройств переворота спина поляризованных нейтронов при физических исследованиях, где используются нейтронные пучки

Активный полосовой фильтр для акустики относится к области радио и электротехники и может быть использован в резонансных контурах радиоэлектронной аппаратуры.
Наверх