АКТИВНЫЙ RC-ФИЛЬТР НИЖНИХ 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, делитель напряжения.

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

Известен также "Полосовой фильтр" (ТИИЭР, 1979, том 67, N 1, с.45, рис. 3б), содержащий операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам второго конденсатора и первого резистора, второй вывод второго конденсатора и первый вывод второго резистора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выходы первого конденсатора и третьего резистора подключены к общей шине, а первый вывод третьего резистора подключен к второму выводу второго и четвертого резисторов, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, первые выводы шестого и седьмого резисторов подключены к второму выводу первого резистора, а второй вывод седьмого резистора является входом устройства.

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.

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому устройству является "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 первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к второму выводу второго резистора, первый вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя соответственно, второй вывод второго конденсатора подключен к первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых подключены к общей шине и к инвертирующему входу операционного усилителя соответственно, пятый резистор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя.

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 нижних частот, содержащий операционный усилитель, два конденсатора и пять резисторов, причем первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к второму выводу второго резистора, первый вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя соответственно, второй вывод второго конденсатора подключен к первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых подключены к общей шине и к инвертирующему входу операционного усилителя соответственно, пятый резистор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, дополнительно введен шестой резистор, который включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя.

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 третьего, четвертого, пятого и шестого резисторов, что особенно важно при гибридно-пленочном исполнении, где подгонка сопротивлений резисторов осуществляется только в сторону их увеличения. В устройстве - прототипе при настройке затухания полюса с помощью подгонки сопротивления пятого резистора в случае "проскакивания" нужного номинала необходимо было подгонять четвертый резистор, а затем осуществлять настройку частоты полюса снова, а затем снова затухание полюса с помощью сопротивления пятого 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 нижних частот.

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

Активный RC-фильтр нижних частот (фиг. 1) содержит операционный усилитель 1, первый резистор 2, первый конденсатор 3, второй резистор 4, второй конденсатор 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8 и шестой 9 резисторы, причем выход операционного усилителя 1 через последовательно соединенные первый резистор 2 и первый конденсатор 3 подключен к входу устройства, первые выводы первого резистора 2 и первого конденсатора 3 подключены к второму выводу второго резистора 4, первый вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора 5 и к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, вторые выводы первого резистора 2 и первого конденсатора 3 подключены к входу устройства и к выходу операционного усилителя 1 соответственно, второй вывод второго конденсатора 3 подключен к первым выводам третьего 6 и четвертого 7 резисторов, вторые выводы которых подключены к общей шине и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, пятый резистор 8 включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 1, а шестой резистор 9 включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя 1.

Работает активный RC-фильтр нижних частот следующим образом.

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

В результате активным RC-фильтром реализуется передаточная функция

где d_р, ω_p - затухание и частота полюса,
M - масштабный коэффициент передачи,
p - оператор Лапласа.

Параметры передаточной функции (1) определяются по формулам



Из анализа приведенных формул, определяющих частоту и затухание полюса, следует, что частота полюса является функцией, зависящей от отношения сопротивлений третьего 6 и четвертого 7 резисторов и не зависящей от сопротивлений пятого 8 и шестого 9 резисторов. В свою очередь затухание полюса зависит от отношения пятого 8 и шестого 9 резисторов. Благодаря этому в предлагаемом активном RC-фильтре нижних частот возможна независимая неинерционная настройка частоты полюса ω_p , а затем затухания полюса d_р, причем только за счет увеличения сопротивлений резисторов R₃ и R₄, R₅ и R₆ соответственно, что особенно важно для микроэлектронного гибридно-пленочного исполнения, где подгонка резисторов осуществляется только путем увеличения их номинала.

На фиг. 2 приведены графики, иллюстрирующие изменение формы АЧХ 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 нижних 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 резистор 2, первый конденсатор 3, второй резистор 4, второй конденсатор 5, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы 6, 7, 8, 9. Технический результат: сокращение времени настройки устройства и увеличение процента выхода годных изделий при микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении. 2 ил.

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