АКТИВНЫЙ RC-ФИЛЬТР ВЕРХНИХ ЧАСТОТ Российский патент 2000 года по МПК H03H11/12 

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах преимущественно в микроэлектронном исполнении.

Известен "Полосовой активный RC-фильтр" (СССР. А.с. N 785954, М. кл.3 H 03 H 7/01, опубл. 07.12.80, бюл. N 45), содержащий Т-мост с перекрывающей ветвью, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с выходом Т-моста и одним концом перекрывающей ветви, и делитель напряжения, подключенный параллельно выходу фильтра, делитель напряжения выполнен с двумя отводами, первый из которых соединен с другим концом перекрывающей ветви, а второй - с неинвертирующим входом операционного усилителя, при этом вход Т-моста и выход операционного усилителя подключены к входу делителя напряжения.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, являются операционный усилитель, резисторы и конденсаторы.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является итерационность процесса настройки затухания полюса при микроэлектронной реализации устройства.

Известен активный RC-фильтр верхних частот (В кн.: Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с английского.-М.: Мир, 1984, стр. 63, рис. 5.11), содержащий операционный усилитель, четыре резистора и три конденсатора, причем первые выводы первого и второго резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а их вторые выводы - к общей шине и к выходу операционного усилителя соответственно, первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам второго и третьего конденсаторов и третьего резистора, вторые выводы первого, второго, третьего конденсаторов и второй вывод третьего резистора подключены к входу устройства, общей шине, неинвертирующему входу операционного усилителя и выходу операционного усилителя соответственно, четвертый резистор подключен между неинвертирующим входом операционного усилите ля и общей шиной.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, являются операционный усилитель, резисторы и конденсаторы.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является зависимость настройки частоты и затухания полюса, что делает затруднительным изготовление устройства в микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении.

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому устройству является и активный RC-фильтр нижних частот (СССР, А.с. N 1187241, М. кл. 4 H 03 H 11/12, опубл. 23.10.85, бюл. N 39), содержащий операционный усилитель, два конденсатора и пять резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к второму выводу второго резистора, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу третьего резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к выходу операционного усилителя, первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам четвертого и пятого резисторов, вторые выводы четвертого резистора, первого конденсатора и пятого резистора подключены соответственно к входу устройства, к выходу операционного усилителя, к первому выводу второго конденсатора и неинвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод второго конденсатора подключен к вторым выводам первого и второго резисторов.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, являются операционный усилитель, резисторы и конденсаторы.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является итерационность процесса настройки затухания полюса при микроэлектронной реализации устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении настройки частоты и затухания полюса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:
- сокращение времени настройки устройства;
- увеличение процента выхода годных изделий при микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении.

Для достижения указанного технического результата в активный RC-фильтр верхних частот, содержащий операционный усилитель, два конденсатора и пять резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к второму выводу второго резистора, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу третьего резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к выходу операционного усилителя, первый вывод четвертого резистора подключен к первому выводу первого конденсатора, вторые выводы пятого резистора и второго конденсатора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, дополнительно введен шестой резистор, который подключен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя, первые выводы первого конденсатора и четвертого резистора подключены к первому выводу второго конденсатора, первый вывод пятого резистора подключен к вторым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы первого конденсатора и четвертого резистора подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя соответственно.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами: благодаря введению шестого резистора с соответствующими связями появилась возможность осуществления неитерационной настройки частоты и затухания полюса путем только увеличения сопротивлений первого, второго, третьего и шестого резисторов, что особенно важно при гибридно-пленочном исполнении, где подгонка сопротивлений резисторов осуществляется только в сторону их увеличения. В устройстве - прототипе настройка затухания полюса осуществляется с помощью подгонки сопротивления третьего резистора и в случае "проскакивания" нужного номинала необходимо было подгонять четвертый резистор, а затем осуществить снова настройку частоты полюса, а затем снова затухание полюса с помощью сопротивления третьего резистора. В предлагаемом устройстве для указанного выше случая достаточно изменить (подогнать) сопротивление шестого резистора, что не влияет на настройку частоты полюса.

Доказательство наличия причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом приведено при рассмотрении работы активного RC-фильтра верхних частот.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого активного RC-фильтра верхних частот, а на фиг. 2 - семейство амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.

Активный RC-фильтр верхних частот (фиг. 1) содержит операционный усилитель 1, первый, второй, третий и четвертый резисторы 2, 3, 4, 5, первый конденсатор 6, пятый резистор 7, второй конденсатор 8, резистор 9, причем инвертирующий вход операционного усилителя 1 подключен к общей шине посредством последовательно соединенных резисторов - первого 2 и второго 3, первый вывод первого резистора 2 подключен к общей шине, а его второй вывод - к второму выводу второго резистора 3, первый вывод второго резистора 3 подключен к первому выводу третьего резистора 4 и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, второй вывод третьего резистора 4 подключен к выходу операционного усилителя 1, первый вывод четвертого резистора 5 подключен к первому выводу первого конденсатора 6, вторые выводы пятого резистора 7 и второго конденсатора 8 подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, шестой резистор 9 подключен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя 1, первые выводы первого конденсатора 6 и четвертого резистора 5 подключены к первому выводу второго конденсатора 8, первый вывод пятого резистора 7 подключен к вторым выводам первого и второго резисторов 2, 3, вторые выводы первого конденсатора 6 и четвертого резистора 5 подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя 1 соответственно.

Работает активный RC-фильтр верхних частот следующим образом.

Входной гармонический сигнал подается на вход устройства, проходит через него и поступает на выход активного RC-фильтра верхних частот.

В результате активным RC-фильтром реализуется передаточная функция

где М - масштабный коэффициент передачи,
d_p,ω_p - затухание и частота полюса,
p - оператор Лапласа.

Параметры передаточной функции (1) определяются по формулам



В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:
R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆ - сопротивления четвертого, пятого, первого, второго, третьего и шестого резисторов 5, 7, 2, 3, 4, 9 соответственно, C₁ и C₂ - емкости первого и второго конденсаторов 6, 8,
τ₁= R₁C₁, τ₂= R₂C₂ - постоянные времени частозадающей цепи.

Из анализа приведенных формул, определяющих частоту и затухание полюса, следует, что частота полюса является функцией, зависящей от отношения сопротивления первого 2 и второго 3 резисторов и не зависящей от сопротивлений третьего 4 и шестого 9 резисторов.

В свою очередь затухание полюса зависит от отношения сопротивлений третьего 4 и шестого 9 резисторов. Благодаря этому в предлагаемом активном RC-фильтре верхних частот возможна независимая неитерационная настройка частоты полюса ω_p, a затем затухание полюса d_p, причем только за счет увеличения сопротивлений первого 2 (R₃) и второго 3 (R₄) резисторов, и третьего 4 (R₅) и шестого 9 (R₆) резисторов соответственно, что особенно важно для микроэлектронного гибридно-пленочного устройства, где подгонка резисторов осуществляется только увеличением их номинала.

На фиг. 2 приведены графики, иллюстрирующие изменение формы АЧХ и ФЧХ при изменении сопротивления шестого резистора 9. Как видно из этих графиков, фазовый сдвиг на частоте полюса оставался неизменным, что подтверждает сделанные выводы (т.е. ω_p= const).
Таким образом, благодаря введению шестого резистора в активном RC-фильтре верхних частот достигнуто упрощение настройки.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах преимущественно в микроэлектронном исполнении. Устройство содержит операционный усилитель 1, первый, второй, третий и четвертый резисторы (Р) (2, 3, 4, 5), первый конденсатор 6, пятый Р (7), второй конденсатор 8, дополнительный Р (9). Благодаря этому возможна независимая неитерационная настройка частоты полюса ω_p, затем затухания полюса d_p, причем только за счет увеличения сопротивлений первого Р (2) и второго Р (3), третьего Р (4) и шестого Р (9) соответственно. Технический результат: сокращение времени настройки устройства и увеличение процента выхода годных изделий при микроэлектронном и гибридно-пленочном исполнении. 2 ил.

Активный RC-фильтр верхних частот, содержащий операционный усилитель, два конденсатора и пять резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к второму выводу второго резистора, первый вывод второго резистора подключен к первому выводу третьего резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к выходу операционного усилителя, первый вывод четвертого резистора подключен к первому выводу первого конденсатора, вторые выводы пятого резистора и второго конденсатора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, отличающийся тем, что дополнительно введен шестой резистор, который подключен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя, первые выводы первого конденсатора и четвертого резистора подключены к первому выводу второго конденсатора, первый вывод пятого резистора подключен к вторым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы первого конденсатора и четвертого резистора подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя соответственно.