Активный двухполюсник Советский патент 1984 года по МПК H03H11/00 H03H11/46 

АКТИВНЫЙ ДВУХПОЛЮСНИК, содержащий операционньй усилитель, не5 спь инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено.продольное плечо П-образного RC-звена, поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности имитанса, последовательно с П-образным RC-звеном включено Г-образное RC-звено, поперечное плечо которого подключено к входу активного двухполюсника, причем продольные и поперечные плечи соответственно П-образного и Г-образного КС-звеньев 9 имеют одинаковый характер проводимо тей соответственно. (Л -0

Фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в интегральных схемах для создания частотно-избирательных цепей.

Известен активный двухполюсник, которьй используется для имитации реактивных элементов и содержащий операционный усилитель, к которому подключены КС-цепи L11

Недостатками активного двухполюспика являются его сложность, а также низкая добротность обусловленная потеря.ми в схеме.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является

активный двухполюсник, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено, продольное плечо П-образного CJC-звена, поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника. При имитации индуктивности активным двухполюсником П-образное CiG-звенр содержит резисторы в попереных плечах, и конденсаторы в продольном плече, а в случае имитации частотно-зависимого отрицательнрго сопротивления (суперъемкость)П-образное КС-звено содержит конденсаторы в поперечных плечах и резисторы в продольном плече С21,

Недостатком известного активного двухполюсника является низкая ность, обусловленная наличием потерь в схеме. Активный двухполюсник, имитирующий реактивные элементы, обладает потерями. Так, индуктивные потери определяются эквивалентным значением резистивного сопротивления потерь подключенного к индуктивности параллельно, а потери суперъемкости определяются эквивалентной емкостью потерь, также подсоединенной к ней параллельно.

Таким образом, известньй активный двухполюсник имитирует имитансы с низкой добротностью. Кроме того,

фильтры и другие -избирательные цепи, построенные на известном активном двухполюснике, требуют большего количества звеньев при той же избирательности, а это приводит к увеличению габаритов и их стоимости.

Цель изобретения - повышение добротности имитанса.

Цель достигается тем, что в актиньй двухполюсник, содержащий операционньй усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шино а в цепи отрицательной обратной связи его включено продольное плечо П-образного КС-звена,. поперечные плчи которого объединены и являются входом активного двухполюсника, последовательно с П-образным КС-звено включено Г-образное КС-звено, поперечное плечо которого подключено к входу активного двухполюсника, причем продольные и поперечныеплечи соответственно П-образного и Г-образного КС-звеньев имеют одинаковьй характер проводимостей соответствен но.

На фиг. 1 и 2 приведены электрическая принципиальная и эквивалентная схемы активного двухполюсника, имитирующего суперъемкость, на фиг. 3 и 4 - электрическая принципиальная и эквивалентная схемы/ активного двухполюсника с индуктивным хара.стером проводимости, на фиг.5-8дуальные схемы предлагаемого активного двухполюсника.

Активный двухполюсник содержит операционный усилитель 1, П-образно КС-звено 2, Г-образное КС-звено 3.

Активный двухполюсник работает следующим образом-.

Предлагаемый активный двухполюсн имитирует суперъемкость или индуктивность в зависимости от характера проводимостей продольных и поперечных плеч П-ч)бразного КС-звена 2. Так, при суперъемкостном характере активного двухполюсника П-образное КС-звено 2 состоит из конденсаторов в поперечных плечах и из резисторов в продольных плечах (фиг.1), а при индуктивном характере проводимости - в продольных плечах содержит конденсаторы, а в поперечных - резисторы (фиг.З).

Входное сопротивление активного двухполюсника определяется следующим выражением;

л

.y,,4..y,

при условии, что

yz 4wi V ivVf где С.Д, Cjj, Cj - емкости конденсато ров в поперечных плечах, П-образного и Г-образного КС-звеньев 2 и 3, а f сопротивления резисторов в продсшь , ных плечах. П-образ ного КС-звеньев 2 и 3, получаем выражение входной проводимостиактивного двухполюсника с суперъемкостным характером проводи мости -pfci Ci u) p4Ciei()Cse«Cc ; -C%)P CACsC7Q2P Обозначаем Civc,Cs-Cj -, с,С2(с.,С5)-С5(г( CiC CsRiC -Di Из выражения для входной проводи мости активного двухполюсника, реал з.ующего суперъемкость видно, что на квазирезонансной частоте входного ,гармонического сигнала отрицательна .емкостная пр.оводимость, выраженная слагаемым , С,,СдК2К,, уменьшает положительную емкостную проводимост пот ер ь, р авную слаг аемому Р ( С +С j+C Таким образом, потери суперъемко ти, которые определяются эквивалент ным значением проводимости емкостей равной PCC +Cj+Cjj) , компенсируются отрицательной эквивалентной емкостной проводимостью, равной CjCsK а эт5 обеспечивает увеличение добротнести активного дв ухполюсника, ими тир ющего суперъемкость.Эквивалентная схема активного двухполюсника приве дена Фиг.2. При H,J;it 2P 2iyi jy««-pa -,6% гдеК, К, Kg - сопротивление рёзис ;.торов в цоперечных плечах П-образного и Г-образногос, КС-звеньев 2 и 3, Cjj, С, - емкости конденсате-- ров в продольных плечах П-образного и Г-образного КС-звеньев 2 и 3, получаем выражение входной проводимости активного двухпоЛюсника с индуктивным характером проводимости (фиг.З) Ув -( 1 / (Sit-g . tf EJTRTe;Р СцС, Огч-Cs .-1 p2CARnQ e5 Обозначаем ( - t giPsgs CaQASb .1, СЖ CzCMCiRiRs i, Из выражения для входной проводимости активного двухполюсника,реали-. зующего индуктивность, видно, что на квазирезонансной частоте входного гармонического сигнала отрицательная проводимость, выраженная слагаерд р р- г уменьшает положительную проводимость потерь, вьгра()К 4Ку|К5 , женную слагаемым - K, Таким образом, потери индуктивности, которые определяются эквивалентным значением проводимости по„ (ЕХ+КЗ КЗ+К.КЗ терь, равной - „% , умень Лшаются за счет отрицательной эквивалентной проводимости, так называемой супериндуктивно.сти, равной 2 г в 3 это обеспечивает увеГ Ljlj/iK Ка,Кд личение добротности активного двухполюсника, имитирующего индуктивность. Эквивалентная схема приведена на фиг. 4. Кроме того, использование сХем активного двухполюсника, имитирующего индуктивность и суперъемкость с повьшенной добротностью к малыми потерями, позволяют строить избирательные, цепи с меньшим количеством элементов при тех же заданных параметрах, а это приводит к уменьшению габаритов и стоимости микроэлектронных систем. Напряжение внешнего генератора 4 напряжения распределится на конечном внутреннем сопротивлении 5 и навходном сопротивлении активного Двухполюсника . Падение напряжения на входном сопротивлении активного двухполюсника на нулевой частоте равно напряжению внешнего генератора 4, а ток, проходящий через конечное внутреннее сопротивление 5 равен нулю. С ростем частоты в схеме активного двухполюсника проявляется действие отрицательной обратной связи, в результате чего напряжение на активном двухполюснике уменьшается, а это при водит к появлению тока через конечное внутреннее сопротивление 5. В этом активный двухполюсник соответствует конвертору сопротивления с инверсией напряжения. Эквивалентная схема активного двухполюсника с суперъемкостным характером проводимости представляет собой схему, состоящую из параллельно соединенных емкости потерь,суперъ емкости и отрицательной частотнозависимой емкости (фиг.2), На квазирезбнансной частоте эквивалентная емкостная проводимость потерь умень шается за счет отрицательной емкости проводимости. Эквивалентная схема активно1:о двухполюсника с индуктивным характе ром проводимости представляет собой также схему, состоящую из параллель но соединенных резистора, индуктивности и так называемой супериндуктивности (фиг.4). На квазирезонансной частоте эквивалентная отрицательная проводимость супериндуктивности уменьшает эквивалентную прово димость потерь резистора. Возможным вариантом предлагаемог активного двухполюсника, содержащег П-образное RC-звено 2, является

Ф1/а.2 4 . схема, в которой вводимый пассивный двухполюсник одним из своих полюс;ов подсоединяется к общей шине, а не к входному полюсу активного двухполюсника . Предлагаемый активный двухполюсник при имитации параллельного соединения эквивалентной емкостц, суперъемкости и эквивалентной отрицательной частотно-зависимой емкости имеет дуальную схему (фиг.5), построенную по правилам построения двуальных схем, имитирующую последовательное соединение указанных элементов (фиг.6). При имитации параллельного соединения резистора, индуктивности и супериндуктивности активный ДВ5ОСПОЛЮСНИК также имеет дуальную схему (фиг.7), построенную по правилам построения дуальных цепей и имитирующую последовательное соединение этих элементов (фиг.8). Введениев схему активного двухполюсника пассивного двухполюсника (Г-образного Й.С-звена 3) с соответствующим характером проводимости и включение его каскадно с П-образным 1 С-звеном 2 в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 выгодно отличает предлагаемое изобретение от известного, поскольку увеличивает добротность не менее, чем на один порядок за счет компенсации потерь в схеме.

0

Фиг.д

у

0

Фиг А

$

А

4

фуг. 5

Фиг.6

L