Фильтр нижних частот Советский патент 1985 года по МПК H03H11/12 

N3

00

эо

Фиг.1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для создания частотно-избирательных цепей в интегральном исполнении. -Известен фильтр нижних частот, содержащий RC-структуры lj . Однако известньш фильтр из-за потерь в схеме имеет низкую добротность полюса. Наиболее близким техническим реше нием к предложенному является фильтр нижних частот, содержащий распределенную RC-структуру, один вывод резистивного слоя которой является вхо дом, другой - выходом фильтра нижних частот, а вывод проводящего слоя под ключен к общей пине, и частотно-зави симое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот 2J . Однако известный фильтр нижних частот имеет недостаточную добротность полюса из-за потерь в схеме. Цель изобретения - повьшение добротности полюса.. . Поставленная цель достигается тем, что в фильтр нижних частот, содержащий распределенную RC-структуру один вывод резистивного слоя которой является входом, другой - выходом фильтра нижних частот,- а вывод прово дящего слоя подключен к общей шине, и.частотно-зависимое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот, введен элемент с отрицательной емкостью, включенный-параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению. На фиг. 1 приведена структурная. электрическая схема предложенного фильтра нижних частот ; на фиг. 2 электрическая принципиальная схема. Фильтр нижних частот содержит рас пределенную RC-структуру 1, частотно зависимое отрицательное сопротивление (ЧЗОС) 2, элемент с отрицательной емкостью 3. Фильтр нижних частот работает следующим образом. На вход фильтра нижних частот подается входное напряжение определенной частоты. Это напряжение через распределенную RC-структуру 1 поступает на вход частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2. Когда величина модуля активной составляющей проходного сопротивления распределенной RC-структуры 1 равна модулю входного сопротивления частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2, в схеме возникает резонанс напряжений и на входе частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2 появляется напряжение, равное по амплитуде входному напряжению и противоположное по фазе.. Амплитуда выходного напряжения фильтра на резонансной частоте определяется значением эквивалентных потерь в виде распределенной емкости распределенной RC-структуры 1 и входной емкости частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2. Компенсация вышеуказанных потерь происходит за счет.подключения элемента с отрицательной емкостью 3 параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению 2. Путем выбора величины моделированной отрицательной емкости можно компенсировать эквивалентное значение емкости потерь в схеме ф;1льтра нижних частот и тем самым получить необходимую добротность полюса. Величина моделированной отрицательной емко.сти должна быть меньше величины эквивалентной емкости потерь. Передаточная функция фильтра нижних частот по напряжению.в режиме холостого хода имеет вид HCr, cthG + ) где .jpRC; Rи С полные сопротивление и емкость распределенной RCструктуры;постоянная времени распределенной RC-структуры; - комплексная частота; круговая частота; отношение значений отрицательной, емкости и емкости потерь распределенной RC-структуры; квадрат добротности фильтра нижних частот или коэффициент коррекции амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра нижних частот. Апроксими ованная трансцендентная функция передачи имеет вид Н(р). Т+(0,333-пПр+тТЬ . Из уравнения (2) находим добротность полюса фильтра нижних частот а-Ш- где, Q - добротность полюса. Из полученного выражения (3) видно, что добротность полюса зависит от отношения значений отрицательной емкости к емкости потерь распределен ной RC-структуры и квадрата добротности или коэффициента коррекции АЧХ фильтра нижних частот. Таким образом, компенсация потер выраженная в виде распределенной RC-структуры и паразитной входной eM кости частотно-зависимого сопротивления, приводит к повьшению добротности полюса. Необходимо отметить, что ,333 т.е. величина моделированной отрица тельной емкости должна быть меньше эквивалентной емкости распределенно КС-структуры и входной емкости частотно-зависимого сопротивления для сохранения устойчивости работы. Введение в фильтр нижних частот элемента с отрицательной емкостью 3 и подключение его параллельно часто но-зависимому отрицательному сопротивлению 2 выгодно отличает предлагаемое изобретение от прототипа, ко торый взят за базовый объект, поскольку увеличивает добротность пол са при значении параметра m const-. Добротность полюса повьшается в основном за счет коэффициента п путем изменения отношения значений отрицательной емкости и емкости потерь распределенной резистивно-емкостной структуры, т.е. компенсацие потерь в фильтре нижних частот. const Так при п 0,1 и m п 34S добротность полюса Q T;o7n 7 b2--3fin; при ,2 m const 3-(m ЗЧт о с Q Г. п з-о:го:г2 - при ,3 m const .- 3-ifn ЗтГга ,„ „ I- Т зТо:з оЛ 10-3 Таким образом, из приведенных вычислений видно, добротность полюса увеличивается в -{, 2,5. и 10 раз. Использование предлагаемого фильтра нижних частот позволяет также осуществлять независимое управление коэффициентов характеристического полинома передаточной функции при коррекции амплитудно-частотной характеристики и уменьшить габариты, стоимость избирательных цепей в радиоэлектронике. В приведенной на фиг. 2 схеме, активная часть реализует одновременно ЧЗОС2 и отрицательную емкость, причем значения последних регулируются независимо друг от друга. Так, например, при реализации низкочастотного фильтра Батерворта третьего порядка с крутизной ската 18 дБ/ок на базе предлагаемой схемы используется одна распределенная КС-структура, а прототип, реализующий такой фильтр, применяет две указан7 ные структуры. Таким образом, можно сделать вывод, что использование предлагаемого фильтра нижних частот позволяет повысить добротность полюса, уменьшить габариты и стоимость избирательных цепей.

ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий распределенную RC-структуру, один вывод резистивного слоя которой является входом, другой - выходом фильтра нижних частот, а вывод проводящего слоя подключен к общей шине, и частотно-зайисимое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повьшения добротности полюса, введен элемент с отрицательной емкостью, включенный параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению.