Звено активного rc-фильтра с расширенной полосой пропускания

Союз Советскии

Социапистическии

Респубяик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1926760 (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 23р580 (2! ) 2934115/ 8-09 с присоединением заявки,%(23) Приоритет

Опубликовано07 ° 05 ° 82 Бюллетень рй 17 (5l }М. Кл .

Н 03 Н 11/12

3Ьоудорстееиимй комитет

СССР ао делам изобретеиий и открытий (53} УДК 621 ° 372. ,543,2(088.8) Дата опубликования описания 07 ° 05. 82 (72) Авторы изобретения

Э.А.Свирщева и A..Н.Хорошевский,:

1 . 1

Харьковский институт радиоэлектроттйтсй (7! ) Заявитель (54) ЗВЕНО АКТИВНОГО R0-ФИЛЬТРА С РАСШИРЕННОЙ

ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ

Изобретение относится к радиотех нике и может использоваться в устройствах частотной селекции сигналов.

Известно звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания, > состоящее из трех секций, включенных каскадно. Первая секция, реализующая простой положительный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в дифференциальном включении и содержит три резистора и конденсатор. Вторая секция, реализующая простой отоицательный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в трехполюсном включении и содержит два резист5 тора и конденсатор. Третья секция, реализующая пару комплексно сопряженных полюсов, представляет собой из. вестную схему элементарного фильтра .10 нижних частот Рауха и содержит операционный усилитель в трехполюсном включении, три резистора и два конденсатора (lj .

Однако указанное звено очень сложно из-за большого количества используемых элементов, а также имеет склонность к самовозбуждению на высоких частотах.

Наиболее близким к предлагаемому является звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания, содержащее первый операционный усилитель, в цепи обратной связи которо" го включен конденсатор, первый резистор, включенный между входом звена и инвертирующим входом первого операционного усилителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого че-, рез второй конденсатор соединен с входом звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2) .

Однако известное звено не позволяет увеличить добротность при рав- °

92676

С Ê R s С б ц т и

3 нономинальных значениях емкостей.

Отличие значений емкостей, которое растет с увеличением добротности,приводит к увеличению суммарной емкости конденсаторов, чта является недостатком при микроэлектронном выполнении звена, Цель изобретения - увеличение добротности при равнономинальных значениях емкостей конденсаторов и их минимальной суммарной емкости.

Указанная цель достигается тем, чта в звено активного RC-фипьтра с расширенной полосой пропускания для микроэлектронного выполнения, содержащее первый операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистар,включенный между входом звена и инвертирующим входом первого операционного уси- о лителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого через второй конденсатор соединен с входом звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, введен второй операционный усилитель, включенный па схеме повторителя напряжения, неинвертирующий вход которого подключен к отводу резистивного делителя напряжения, а другой вывод второго резистора соединен с выходом второго операционного усилителя являюУ

3S щегося выходом звена.

На чертеже приведена электрическая п-..инципиальная схема предлагаемого устройства.

Звено активного RC-фильтра содер40 жит первый операционный усилитель ОУ) 1, первый конденсатор 2, первый резистор 3 „ реэистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов 4 и второй конденсатор 6, второй резистор 7, второй ОУ 8.

Звено активного RC-фильтра работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на ОУ 8 по двум каналам. Основным каналом передачи сигналов верхних частот является дифференцирующая RC-цепь из второго конденсатора 6 и резистора 5.

Основным каналом передачи сигналов нижних частот является частотозависимая цепь, состоящая из первого резистора 3, первого конденсатора 2 и первого операционного усилителя 1, включенных по схеме интегратора, а

О 4 также резистивный делитель напряжения, состоящий иэ резисторов 4 и 5, включенных на входе ОУ 8. 3a счет обратной связи через резистор 7 осуществляется выделение сигналов средних частот, примыкающих к собственной частоте звена, которая определяется резисторами 4 и 7, а также первым и вторым конденсаторами 2 и 6. От величины сопротивления первого резистора 3 зависит ширина и симметрия полосы пропускания звена. Когда сопротивление первого резистора 3 равно сопротивлению резистора 7 амплитудночастотная характеристика (АЧХ) звена по характеру приблиЖается к АЧХ

\ полосового фильтра второго порядка с симметрично расширенной полосой пропускания.

Когда величина сопротивления первого резистора 3 больше сопротивления резистора 7, полоса пропускания расширена в основном в сторону верхних частот. Когда сопротивление первого резистора 3 меньше сопротивления резистора 7, полоса пропускания расширена больше в сторону нижних частот. В схеме возможна независимая регулировка собственной частоты полюсов резистором 7, добротности - резистором 5, нуль --первым резистором 3. Если первый резистор 3 выполнить регулируемым, то перестройка полосы пропускания может осуществляться плавно.

Исключение влияния нагрузки на характеристики звена осуществляется за счет сьема выходного сигнала с выхода повторителя с малым выходным сопротивлением. Уменьшение разброса емкостей и уменьшение суммарной емкости конденсатором обеспечивается самой схемой соединения элементов.

Приведем расчеты, подтверждающие правильность приведенных здесь утверждений, Передаточная функция известной хемы

Передаточная функция предлагаемой схемы

2 (pI ЩьмЫ2 - .P

0Ьх(Р) ь

Д ; Г;р

Суммарная емкость схемы

С = С +СО= — +С (10)

К

Св

Суммарная емкость будет иметь экстремальное значение при условии

5 926760 6.

Из (1) и (2) видно, что определяющее значений емкостей С и С6 позволяет характер АЧХ взаимное расположение уменьшить суммарную емкость предланулей, 1 гаемой схемы звена. Действительно, ") = т -гг (3) из выражения собственной частрты (11)

0 3,5 величина емкости С определяется и собственных частот

6. 6 4 7

I обеих схем зависит от соотношения резисторов 3 и 7. Сопоставим выраже1О ния добротностей схем, вычисляя их по (1) и (2).

Для известной схемы

+ — + + — 1 1— х, С6»ц Ое

20 очевидно, что

0(А(05

Для предлагаемой схемы

С = 1 (б)

Здесь

0(В 4 30

Отрицательные значения A и В не рассматриваются, так как добротности могут иметь только положительные значения.

Из (5) следует, что возможный раз- 35 брос емкостей- конденсаторов в известной схеме с =&> т.е. растет прОпорционально квадрату 40 добротности и этот рост невозможно

:компенсировать увеличением А, т,е.

Ъ изменением соотношения резисторов схемы. Равенство емкостей С и С6 возможно лишь при добротностях 45

Q (0,51 которые для активных схем не имеют смысла.

Из (6) следует, что для предлагаемой схемы

С6

50 -, =Ь: (8)

Так как 0 (В (, то увеличение Q может быть скомпенсировано увеличением В, т.е. за счет изменения соотношения параметров резисторов схемы.Поэтому значения емкостей С„и С могут быть выбраны равными при любых добротностях схемы. Возможность выбора равных е+ 1 0 (11)

dCz (С6) К

6 6

Вторая производная

d Се,(сб) ZK (О

Ч(Г - S 0 поэтому это экстремальное значение является минимальным. Из (11) C - =1К, подставив это значение в (9), получаем, что

К К

С = - = = )К, т.е. С = Св.

Таким образом, суммарная емкость схемы звена наименьшая, когда емкасти

С и Св равны друг другу. Но, как отмечалось выше, у известной схемы равенство емкостей возможно только при малых .добротностях Q <0,5, т.е. в случаях, не представляющих практический интерес при проектировании активных RC-фильтров. Предлагаемая схема обеспечивает минимальную суммарную емкость при любых добротностях передаточной функции.=

Таким образом, введение дополнительного операционного усилителя в известное активное RC-звено с расширенной полосой .пропускания позволяет исключить влияние нагрузкИ на характеристики звена, устранить разброс емкостей его конденсаторов и уменьшить их суммарную емкость.Применение предлагаемого звена дает воз" можность уменьшить габарйты широкополосных многозвенных фильтров различного назначения и удешевить их производство.

Формула изобретения

Звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания для микроэлектронного выполнения, содер.

9267

Составитель A.Ìåíüøèêîâà

Редактор С.Крупенина Техред А. Ач

Корректор И.Муска

Заказ 2997/46 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 жащее первый операционный усилитель, .в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистор, включенный между входом звена и инвер- тирующим входом первого операционного усилителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого через второй конденсатор соединен с входом 0 звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения добротности 15 при равнономинальных значениях емкостей конденсаторов и их минималь60 8 ной суммарной емкости, введен второй операционный усилитель, включенный по схеме повторителя напряжения,неинвертирующий вход которого подключен к отводу резистивного делителя напряжения, а другой вывод второго резистора соединен с выходом второго операционного усилителя, являющегося выходом звена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Калниболотский Ю.М. Королев Д.В.

Синтез электронных схем, Киев, "Вища школа";,1979, с. 209, рис. 7.19.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2617117/18-09, кл. Н 03 Н 7/02, 1978 (прототип).