Активный @ -Фильтр Советский патент 1984 года по МПК H03H11/12 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для построения частотно-селективных устройств.

Известен активный КС-фильтр, содеражщий операционный усилитель, между входом и выходом которого включен пассивный RC-четырехполюсник П11. .

Однако этот активный RC-фильтр

имеет высокую чувствительность к изменению параметров пассивных элементов и большую разницу в номиналах конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является активный RC-фильтр, содержащий Г-образную RC-цепь, вьшолненную в виде последовательно соединенных первьк резистора и конденсатора, вход которой является входом активного RCфнпьтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирующий входкоторого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, другой вывод второго конденсатора подключен к выходу операционного усилителя 21.

Однако известный RC-фильтр имеет недостаточный частотный диапазон из за влияния полосы пропускания операционного усилителя на рабочий диапазон частот, в котором достигается устойчивая работа фильтра.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в активный RC-фильтр, содержащий Г-образную RC-цепь, вьтолненную в виде последовательно соединенных первых резистора и конденсатора, вход которой является входом активного RC-фильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым вьшодом второго конденсатора непосредственно и через резистор с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, введен Т-образный резистивный делитель напряжения,

включенный между вторым выводом второго конденсатора и выходом операционного усилителя.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предложенного активного RC-фильтра.

Активный RC-фильтр, содержащий операционный усилитель (ОУ) 1, Г-образную RC-цепь 2, содержащую первые резистор 3 и конденсатор 4, второй и третий резисторы 5 и 6, второй конденсатор 7, Т-образный резистивны делитель 8 напряжения, содержащий четвертый, пятый и шестой резисторы 9-11 .

Активный: (2С-фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал подается на вход Г-образной RC-цепи 2, а выходной сигнал снимается с выхода операционного усилителя 1. Дпя реализации активного RC-фшIьтpa нижних частот (ФНЧ) с общей шиной соединяется первый конденсатор А, и входной сигнал подается на первый резистор 3. Для реализации полосового фильтра (ПФ) сигнал подается на первый конденсатор 4, а первьй резист.ор 3 соединяется с общей шиной . Рассмотрим реализацию фильтра нижних частот (ФНЧ). При выполнении условия равенства номиналов частотно-задающих резисторов, первого, второго и третьего резисторов 2, 5 и 6, соответственно R2. RH равенства номиналов первого и второго конденсаторов, 4 и 7 С«, С С, передаточная функция активного фильтра запишется в виде

. рО-Йбмх

%)

) 434frvpCRew 1(J;ft)j)TCwYf z 2pCRBH,

а)

где Т R2.Ca, - постоянная времени Г-образной СС-цепи

коэффициент деления

Т-образного резистивного делителя 8 напряжения ,

выходное сопротивление Т-образного резистивного делителя 8 напряжения;

номиналы четвертого, пятого и шестого резисторов 9-11-, -коэффициент усиле ния операционного усилит; еля 1 по по тоянному току -постоянная времен операционного уси теля 1, где Wx - 2а круговая частота единичного усилит ля , При выводе формулы (1) зависимость коэффициента усиления операционного усилителя (ОУ) 1 от часто ты аппроксимировалась вьфажением . CZ) в случае идеального ОУ ( и и при низкоомном Т-образн резистивном делителе 8 напряжения (Квыч- R) , активный бс-фильтр реал зует передаточную функцию фильтра нижних частот второго порядка с со ственной частотой ° TVS и добротностью Q Конечные значения коэффициента усиления по постоянному току АО и частоты единичного усиления f в реальном ОУ приводят к появлению паразитных нуля и полюса в передаточной функции активного фильтра ( который становится при этом потенциально неустойчивым. При определенном выборе номинал резисторов 9-11 Т-образного резистивного делителя 8 эти паразитные нуль и полюс компенсируют другдруга. Так, если t 1 Квых с--5Я то после подставки (5) в (1) получим ) Таким образом, как видно из выра жения (6), осуществляется полная компенсация паразитного полюса и мы получаем передаточнзпо функцию ФНЧ второго порядка. Аналогично для полосового фильтра существует оптимальная величина выходного сопротивления Т-образного резистивного делителя 8, при которой осуществляется компенсация паразитного полюса. Рассмотренная компенсация паразитных нуля и полюса, возникающих при использовании реальных ОУ, т.е. имеющих ограниченный коэффициент усиления и полосу частот, позволяет существенно расширить рабочий диапазон частот активного RC-фильтра (на порядок и более) . Проверка предлагаемого активного RC-фильтра осуществлялась моделированием на .ЭВМ и чисто экспериментальным путем. При этом исследовалось А звена, из них два звена ФНЧ и два ПФ. Одно звено ФНЧ и одно звено ПФ быпи выполнены по предлагаемой схеме, а остальные по известной схеме. Частоты полюсов звеньев были равны 3 кГц, а добротность 2. При экспериментальной проверке использовались ОУ типа 140У012 Кимоно, у которых быпи предварительно определены зависимости частоты единичного усилителя f и коэффициента усиления АО от точки делителя 1. При исследовании звеньев фильтров требуемая частота единичного усиления f устанавливалась с помощью тока делителя, после чего определялись параметры фильтров. При уменьшении частоты f ОУ частота полюса звеньев уменьшалась, а добротность возрастала. При частоте f ОУ меньшей f 320 кГц. звенья фильтров, собранные по известной схеме, возбуждались. Уменьшение,f ОУ до 30 кГц в звеньях, собранных по предлагаемой схеме, не привело к заметному отличию характеристик от расчетных . Аналогичные результаты быпи получены моделированием фильтров на ЭВМ. Таким образом, благодаря введению новых узлов и связей, to первых, компенсируется неидеальность операционных усилителей, вследствие чего расширяется рабочий диапазон частот, снижается потребляемая мощность, во-вторых, обеспечивается 15авнономинальность конденсаторов, что имеет большое значение при серийном вьтуске по гибридной технологии, так как при этом существенно снижается брак

511098854

и увеличивается производительность тью 0,5% и соотэетствующая настройтруда, в-третьих, упрощается функцио-.ка резисторов с точностью 0,1-0,2%. нальная настройка, так как нужноЭто объясняется влиянием параметподстроить только выходное сопро-ров СУ на характеристики фильтра, тивление Г-образного резистивного 5Совокупность положительных свойств, делителя 8 в cooтвeтctвии с частотойдостигаемых благодаря предлагаемому единичного усипения f ОУ.изобретению, обеспечивает существенПри этом реализуются расчетныеный экономический эффект по сравне- параметры схемы. Отметим, что в се-,нию с серийно выпускаемыми микрорийно выпускаемых фильтрах - гиб- Юсхемами активных RC-фипьтров, обусридных микросхемах серии 811 - осуще- ловленный как уменьшением количестствляется функциональная настройкава СУ (один ОУ вместо трех в микропо трем параметрам, несмотря на то, .схемах 811 серии), так и повьшением что производится предва хитёльиаяпроизводительности труда при изготовразбраковка конденсаторов с точное- . 15лении и при настройке фильтров.

АКТИВНЫЙ ЯС-«ЖЛЬТР, содержащий Г-образную RC-цепь, вьтолненную в виде последовательно соединенных первых резистора и конденсатора, вход которой является входом активного RC-фильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирунлций вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор соединен с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расшире.ния частотного диапазона, введен Т-образный резистивный делитель напряжения, включенный между вторым вьшодом второго конденсатора и выW ходом операционного усилителя. ;о 00 СХ) ел