ПОЛОСОВОЙ ARC-ФИЛЬТР С ПОВЫШЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ПОЛЮСА Российский патент 2000 года по МПК H03H11/12 

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 подключен 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.

2 Известен также "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 инвертирущему 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.

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому устройству является "Полосовой фильтр" (ТИИЭР, 1979, том 67, N 1, с.45, рис. 3б), содержащей операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к первому выводу первого конденсатора, а первый вывод второго резистора - к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый вывод третьего резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу пятого резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, второй вывод седьмого резистора является входом устройства, первый вывод шестого резистора подключен к первому выводу седьмого резистора и к второму выводу первого резистора, второй вывод второго конденсатора подключен к первым выводам первого резистора и первого конденсатора, второй вывод первого конденсатора подключен к общей шине, второй вывод второго резистора подключен к второму выводу третьего резистора и к первому выводу четвертого резистора.

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 заключается в сокращении времени настройки устройства; увеличении процента выхода годных изделий при микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении.

Для достижения технического результата в полосовом ARC-фильтре, содержащем операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к первому выводу первого конденсатора, а первый вывод второго резистора - к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый вывод третьего резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу пятого резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, второй вывод седьмого резистора является входом устройства, первый вывод шестого резистора подключен к первому выводу седьмого резистора, причем дополнительно введен восьмой резистор, который включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод первого резистора подключен к общей шине, второй вывод первого конденсатора подключен к первым выводам шестого и седьмого резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первым выводам первого резистора и первого конденсатора, второй вывод второго конденсатора подключен к второму выводу третьего резистора и первому выводу четвертого резистора
Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами: благодаря введению восьмого резистора с соответствующими связями появилась возможность осуществления неитерационной настройки частоты и затухания полюса путем только увеличения сопротивлений третьего, четвертого, пятого и восьмого 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 пятого резистора в случае "проскакивания" нужного номинала, необходимо было подогнать четвертый резистор, а затем осуществить снова настройку частоты полюса, а затем снова затухание полюса с помощью сопротивления пятого резистора. В предлагаемом устройстве для указанного выше случая достаточно изменить (подогнать) сопротивление восьмого резистора, что не влияет на настройку частоты полюса.

Доказательство наличия причинно-следственой связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом приведено при рассмотрении работы полосового ARC-фильтра.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого полосового ARC-фильтра, на фиг. 2 - семейство амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.

Полосовой ARC-фильтр (фиг. 1) содержит операционный усилитель 1, первый резистор 2, первый конденсатор 3, второй резистор 4, второй конденсатор 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8, шестой 9, седьмой 10 и восьмой 11 резисторы, причем выход операционного усилителя 1 подключен через последовательно соединенные первый резистор 2, первый конденсатор 3 и шестой резистор 9 к общей шине, первый вывод первого резистора 2 подключен к первому выводу первого конденсатора 3 и к второму выводу второго резистора 4, первый вывод второго резистора 4 подключен к первому выводу второго конденсатора 5 и к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, первый вывод третьего резистора 6 подключен к общей шине, а его второй вывод - к первому выводу четвертого резистора 7 и к второму выводу второго конденсатора 5, второй вывод четвертого резистора 7 подключен к первому выводу пятого резистора 8 и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, вторые выводы пятого 8 и шестого 9 резисторов подключены к выходу операционного усилителя 1, второй вывод седьмого резистора 10 является входом устройства, первый вывод шестого резистора 9 подключен к первому выводу седьмого резистора 10 и к второму выводу первого конденсатора 3, второй вывод первого резистора 2 подключен к общей шине, восьмой резистор 11 подключен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя 1.

Работает полосовой ARC-фильтр следующим образом.

Входной гармонический сигнал подается на вход устройства, проходит через него и поступает на выход полосового ARC-фильтра.

В результате полосовым ARC-фильтром реализуется передаточная функция с повышением частоты полюса:

где M - масштабный коэффициент передачи,
d_p, ω_p - затухание и частота полюса,
р - оператор Лапласа.

Параметры передаточной функции (1) определяются по формулам



В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:
R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈ - сопротивления первого 2, второго 4, третьего 6, четвертого 7, пятого 8, восьмого 11, седьмого 10 и шестого 9 резисторов;
C₁, C₂ - емкости первого 3 и второго 5 конденсаторов;
τ₁ = R₁C₁, τ₂ = R₂C₂ - постоянные времени частотозадающей цепи.

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 восьмого 11 резисторов. В свою очередь, затухание полюса зависит от отношения пятого 8 и восьмого 11 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 восьмого резистора 11. 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 восьмого резистора в полосовом ARC- фильтре с повышением частоты полюса, 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-восьмой резисторы (6-11). Технический результат: сокращение времени настройки, увеличение процента выхода годных изделий при микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении. 2 ил.

Полосовой ARC-фильтр с повышением частоты полюса, содержащий операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого резистора подключен к первому выводу первого конденсатора, а первый вывод второго резистора - к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый вывод третьего резистора подключен к общей шине, а его второй вывод - к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу пятого резистора и инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, второй вывод седьмого резистора является входом устройства, первый вывод шестого резистора подключен к первому выводу седьмого резистора, отличающийся тем, что дополнительно введен восьмой резистор, который включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод первого резистора подключен к общей шине, второй вывод первого конденсатора подключен к первым выводам шестого и седьмого резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первым выводам первого резистора и первого конденсатора, второй вывод второго конденсатора подключен к второму выводу третьего резистора и первому выводу четвертого резистора.