Активный полосовой фильтр с раздельно регулируемыми характеристиками

Использование: полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована в анализаторах спектра, а также в иных системах, где требуется проводить анализ частот (например, тюнерах радио и телесистем).

Технический результат: повышение надежности и управляемости, за счет раздельного регулирования резонансной частоты и полосы пропускания полосовых фильтров.

Сущность полезной модели: Устройство содержит нерегулируемый полосовой фильтр параллельно соединенный с фильтром низких частот, причем знаменатель передаточной функции фильтра низких частот равен знаменателю передаточной функции нерегулируемого полосового фильтра. Схема охвачена положительной обратной связью.

Полезная модель относится к области радиоэлектроники и может быть использована в анализаторах спектра, а также в иных системах, где требуется проводить анализ частот (например, тюнерах радио и телесистем).

Известен активный полосовой RC фильтр [патент, RU 40692, кл. Н03Н 11/12, Бюл. 7, 2004 г.], содержащий избирательную цепь, выполненную на последовательно включенных между собой RC фильтрах низкой и высокой частоты, усилитель, подключенный входом к выходу RC фильтра высокой частоты выполненной на операционном усилителе в не инвертирующем включении с резисторами делителя напряжения отрицательной обратной связи, резистор положительной обратной связи, подключенный между выходом усилителя и точкой соединения RC фильтров низкой и высокой частоты, усилитель выполнен на транзисторах разной проводимости и содержит первый транзистор, база которого подключена к выходу RC фильтра высокой частоты и через резистор смещения к выводу источника питания, эмиттер которого подключен к точке соединения резисторов делителя напряжения отрицательной обратной связи, коллектор которого через сопротивление нагрузки подключен к выводу источника питания, а также второй транзистор, база которого подключена к коллектору первого транзистора, эмиттер которого подключен к выводу источника питания, коллектор которого подключен к точке соединении резисторов положительной и отрицательной обратной связи.

Недостатком такой конструкции является отсутствие независимого регулирования резонансной частоты и добротности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является перестраиваемый активный полосовой фильтр [патент, RU, 70732, кл. Н03Н 7/12, Бюл. 4, 2008 г.], содержащий три последовательно соединенные в кольцо операционных усилителя, выход каждого соединен с инвертирующим входом последующего через резисторы, и между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя в цепи обратной связи параллельно включены конденсатор и резистор, у второго - резистор, у третьего - конденсатор, входной сигнал подается через резистор на инвертирующий вход первого усилителя, между входом устройства и инвертирующим входом первого операционного усилителя, и между выходами и инвертирующими входами последующих операционный усилителей, и в цепях обратной связи первого и второго операционных усилителей включены полевые транзисторы с управляющим р-n переходом, работающий в режиме управляемого сопротивления.

Недостатком такого технического решения является недостаточная надежность, обусловленная сложностью конструкции, и отсутствие независимого регулирования резонансной частоты и добротности.

Задача полезной модели - повышение надежности и управляемости, за счет раздельного регулирования резонансной частоты и полосы пропускания полосовых фильтров.

Поставленная задача достигается тем, что в активном полосовом фильтре, содержащем операционные усилители, выход каждого соединен с инвертирующим входом последующего через резисторы, образуя нерегулируемый активный полосовой фильтр и фильтр низких частот, и между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя параллельно включены конденсатор и катушка индуктивности, отличающийся тем, что введен сумматор, а параллельно нерегулируемому полосовому фильтру подключен фильтр низких частот со знаменателем передаточной функции, равным знаменателю передаточной функции полосового фильтра, причем выходы полосового фильтра и фильтра низких частот подключены к входам сумматора, выход которого соединен со входом фильтрующего устройства, образуя положительную обратную связь, а выходом устройства является выход нерегулируемого полосового фильтра.

Существо полезной модели поясняется чертежами и графиками. На фиг.1 представлена структурная схема полосового фильтра с возможностью независимого регулирования характеристик. На фиг.2 представлена амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра с возможностью независимого регулирования характеристик.

Устройство содержит блок нерегулируемого полосового фильтра 1, к которому параллельно подключен блок фильтра низких частот 2, выходы нерегулируемого полосового фильтра и фильтра низких частот соединены с сумматором 3, схема охвачена обратной связью с коэффициентом 1.

Устройство работает следующим образом: Изменяя коэффициенты (регулировочные резисторы) можно регулировать резонансную частоту фильтра или полосу пропускания.

Передаточная функция нерегулируемого полосового фильтра:

Передаточная функция фильтра низких частот:

Передаточная функция разомкнутой системы:

,

где К1, К2, КЗ, К4 - коэффициенты усиления.

Передаточная функция замкнутой системы с положительной обратной связью:

Передаточная функция с выхода полосового фильтра:

Выделение вещественной и мнимой части:

Проводится замена оператора дифференцирования (рj):

Из полученного выражения, путем приведения его в форму , получена формула для амплитудно-частотной характеристики:

.

Из данного выражения видно, что возможность независимого регулирования характеристик дают коэффициенты К4 и К3. При этом коэффициент К3 при неизменном К4, позволяет изменять полосу пропускания и держать постоянной резонансную частоту. А коэффициент К4 при неизменном К3 позволяет изменять резонансную частоту при постоянной полосе пропускания.

Значения коэффициентов для представленной амплитудно-частотной характеристики:

-А1(): К1=1, К2=-1, К3=1.01, К4=0.1;

полоса пропускания идентична для А1() и А2().

-А2(): К1=1, К2=-1, К3=1.01, К4=0.5;

_рез[А2()]=_рез[А3()],

полоса пропускания идентична для А1() и А2().

-А3(): К1=1, К2=-1, К3=1.05, К4=0.1;

_рез[А2())]=_рез[А3()].

Итак, заявленная полезная модель позволяет повысить надежность и управляемость, за счет раздельного регулирования резонансной частоты и полосы пропускания полосовых фильтров.

Активный полосовой фильтр, содержащий операционные усилители, выход каждого соединен с инвертирующим входом последующего через резисторы, образуя нерегулируемый активный полосовой фильтр и фильтр низких частот, и между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя параллельно включены конденсатор и катушка индуктивности, отличающийся тем, что введен сумматор, а параллельно нерегулируемому полосовому фильтру подключен фильтр низких частот со знаменателем передаточной функции, равным знаменателю передаточной функции полосового фильтра, причем выходы полосового фильтра и фильтра низких частот подключены к входам сумматора, выход которого соединен со входом фильтрующего устройства, образуя положительную обратную связь, а выходом устройства является выход нерегулируемого полосового фильтра.