Активный фильтр Советский патент 1991 года по МПК H03H11/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции радиотехнических устройств.

Цель изобретения - повышение избирательности и повышение стабильности при изменении напряжения питания

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема активного фильтра.

Активный фильтр содержит первый, второй, третий, четвертый транзисторы 1 - 4, токозадающий элемент, выполненный на резисторе 5, первый, второй, третий, четвертый конденсаторы 6 - 9, первый, второй, третий резисторы 10, 11 12, первый, второй резисторы 13. 14 обратной связи, генератор 15 тока.

Активный фильтр работает следующим образом

Входной сигнал через конденсатор б поступает на базу первого транзистора 1. Каж- дый из транзисторов используется в активном фильтре в качестве конверторов (преобразователей) иммитанса Резисторы 10 и 11 служат для протекания базовых токов транзисторов 1 и 2 и имеют относительно низкие сопротивления (десятки Ом). Из-за низкого сопрот ивления резисторов 10 и 11 транзисторы 1 и 2 со стоооны генерато ра 15 тока можно считать включенными по схеме с общей базой. Резисторы 13 и 14 также являются низкоомными и лужэт, с Одной стороны, для уменьшения влияния разброса статических коэффициентов усиления транзисторов 1 и 2 на нормальную работу схемы, т.е. выполняют роль местной

О

XI ю ел

СП ON

.

обратной связи, а с другой стороны, совместно с конденсатором 7 необходимы для процесса преобразования соответству ю- щих иммитансов схемы для достижения поставленных целей. Ввиду того, что внутреннее сопротивление генератора 15 тока намного больше сопротивлений резисторов 13 и 14, а также входных сопротивлений транзисторов 1 и 2, можно считать, что импеданс змиттерной цепи транзистора 1 имеет вид

2ч1 (Ri3+Ri4V() + R (1) Z31 Ri3 + Ri4 + 1/()()

где Ria - сопротивление резистора 13;

R14 сопротивление резистора 14;

С - емкость конденсатора 7;

Rex2 - входное сопротивление транзистора 2;

(о- текущая частота,

В свою очередь, так как транзистор 2 включен по схеме с общей базой, то

+ (r6 + Rn)/$2, (2) где г92 - сопротивление эмиттера транзистора 2, определяемое выражением

Гэ2 fh Лэ;

fi - температурный потенциал;

э - ток эмиттера транзистора 2;

Г62 - объемное сопротивление базы транзистора 2;

Rn - сопротивление резистора 11;

Дг - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером транзистора 2.

С учетом (2)

R 2 + w2 С R2 Нвх2 - j (о С R2 ,.

2э1 , (3)

1 + (т С R 2 Г

где Ri4.

В области рабочих частот выполняется условие

( а) С7 R Z 1 - тогда

2Э RBx2+1/(u/zC7RZ)-J/().

Активное сопротивление преобразуется с эмиттера транзистора 1 на его коллектор в емкостную составляющую определяемую выражением

Свых1 Ск1(Г61 + RlOJ/(Rex2 +

+ ), . (4)

а емкость С - в отрицательное сопротивление, величина которого может быть определена как

RBb.xl - - W2 Ск1С(гб1 + Rio)r1. (5) где Ск1 - активная часть емкости коллекторного перехода транзистора 1;

rei - объемное сопротивление базовой области транзистора 1.

Импеданс в эмиттерной цепи транзистора 2 определяется аналогично, т.е.

Z32«RBxi + 1/(y2C7Rz)-J/(«C7),(6)

где RBXi - выходное сопротивление транзистора 1, включенного по схеме с общей базой

RBX 1 - гЭ1 + (rei + Rio)//3i, (7)

где гЭ1 - сопротивление эмиттера транзистора 1;

- коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером транзистора 1.

С В результате аналогичных преобразований 2э2 импеданс коллекторной цепи транзистора 2 будет определяться следующим образом;

Сиых2« (Г62 + R11)/(RUX1 +

0 )-(8)

RBb. о/ CKiCXr62 + Rii)r1 (9) Транзистор 3 в предлагаемом активном фильтре включен по схеме с общим коллектором. Этот транзистор 3 преобразует сопротивление резистора 5 в

1-выхЗ R5/ (Ю)

И РвыхЗ R5 ,

а емкость конденсатора 9 - в

СвыхЗ С9;

RBb,xb 1 /(согзСэ).(11)

где RS - сопротивление резистора 5; Сэ - емкость конденсатора 9; бОгз - частота единичного усиления тран- 5 зистора 3.

Полученные в (10) и (11) выходные импе- дансы транзистора 3 включены последовательно с резистором 12. Если теперь временно исключить из схемы конденсатор Q 8, то выходной импеданс схемы будет определяться выражениями (8)-(11), т.е. .представлять собой параллельный колебательный контур, с индуктивностью (10) и емкостями (8) и (11). Кроме этого, за счет отрицательного с сопротивления (9) возможна компенсация потерь, определяемых (10), (11) и резистором 11, и тем самым достижение высокой эквивалентной добротности. Резонансная частота этого контура

0 UJDI (иыхзСВых5:)1/2 Rs

5

0

/ г 4- CKl(f62 +R11) . , ( 9 RBxl+1/(dR2)

- 1/2

(12)

5 Для области частот O)w0i, где реактивное сопротивление конденсатора 9 становится незначительным, транзистор 4 можно считать включенным по схеме с общим коллектором, а транзистор 3 - по схеме с общей базой. В этом случае транзистор 4

преобразует свой входной импеданс, состоящий из последовательного включения резистора 12 и входного сопротивления транзистора 4, на эмиттер в виде

1вых4 (R12 + ГЭ2) /ШтЛ ,

Reb. + r33.(13)

Тогда в точке соединения коллектора транзистора 1 с эмиттером транзистора 4 будет также иметь параллельный колебательный контур, резонансная частота которого

л /г

OJ02 (1-вых4 Свых1 )

Г (R12 + ГЭ3)СК1 (Г61 +Rlo) 1 - 1/2

t + 1/() J

(14)

где гэз - сопротивление эмиттера транзистора 3;

ом - частота единичного усиления транзистора 14.

В этом контуре также имеется отрицательное сопротивление величина которого определяется выражением (5), что также позволяет значительно повысить его нагруженную добротность.

При включении в схему конденсатора связи 8 получаем аналог фильтра со связанными контурами, благодаря чему можно получить большую крутизну скатов кривой избирательности, чем у прототипа, который эквивалентен одиночному колебательному контуру. Изменяя номинал резистора 11 можно добиться одинаковой величины отрицательного сопротивления в обоих контурах и обеспечить полную симметрию амплитудно-частотной характеристики фильтра, с одной стороны, а с другой стороны - изменением емкостей конденсаторов 7 и 8 варьируется величина начальной расстройки, v возможно получение ЛЧХ с незначительной неравномерностью в полосе пропускания.

Повышение стабильности параметров в предлагаемом активном фильтре при изменении напряжения питания достигается следующим образом.

Смеа1вние резонансной ч.чототы в активных фильтрах подобного класса возникает из-за того, что при изменении напряжения питания изменяется напряжение база-коллектор соответствующих транзисторов, что поиэодит к изменению величины емкости Ск, которая, в свою очередь, сильно влияет на резонансную частоту. В предлагаемой схеме на напряжение база-коллектор транзисторов 1-4 прежде чсего оказывает влияние изменение источника положительного напряжения. Однако ввиду того, что величина резистора 12 незначительна (составляет порядка сотни Ом), то при изменении напряжения положительного источника напряжение база-коллектор транзистора 4 будет фактически поддержи- 5 ваться постоянным и определяться напряжением база-эмиттер транзистора 3. следовательно, емкость коллекторного перехода транзистора 4 почти не изменится. В этом случае полученное приращение поло0 жительного источника питания практически полностью передается на переход баз-коллектор транзистора 3, т.е. будет изменяться емкость Ск транзистора 3. что должно было бы привести к изменению резонансной час5 тоты активного фильтра. Однако параллельно емкости Ск транзистора 3 включен конденсатор 9, емкость которого намного больше емкости Ск и, следовательно, общая емкость между базой и коллектором транзи0 стора 3 будет определяться в основном емкостью конденсатора 9, величина которой не зависит от напряжения питания. Таким образом, достигается более высокая стабильность резонансной частоты при

5 изменении напряжения питания, чем у прототипа. Выбором схемы генератора 15 тока можно исключить влияние источника отрицательной полярности на ток генератора 15 и токи дифференциального каскада и на ре0 зонансную частоту фильтра.

Формула изобретения Активный фильтр, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых через соответственно первый и второй резисторы

5 соединены с общей шиной, третий транзистор, база которого через токоэадающий элемент соединена с коллектором третьего транзистора и первой шиной питания, а к второй шине питания подключен вывод пи0 тания генератора тока, первый и второй кон- дечсаторы, первые выводы которых подключены соответственно к базе и эмиттеру первого транзистора, а второй вывод первого конденсатора является входом ак5 7ИВИОГО фильтра, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности и стабильности при изменении напряжения питания, введены четвертый транзистор, первый и второй резисторы обратной связи,

0 третий резистор, третий и четвертый конденсаторы, при этом первый и второй резисторы обратной связи включены последовательно между эмиттером первого транзистора и эмиттером второго

5 транзистора, к которому подключен второй вывод второго конденсатора, причем второй вывод генератора тока подключен к соединенным выводам первого и второго резисторов обратной связи, эмиттер четвертого транзистора соединен с коллектором

первого транзистора и через третий конденсатор - с коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, к которой через третий резистор подключен эмиттер

третьего транзистора, база которого соединена с коллектором четвертого транзистора и через четвертый конденсатор - с общей шиной.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции радиотехнических устройств. Цель изобретения - повышение избирательности и повышение стабильности при изменении напряжения питания. Активный фильтр содержит транзисторы 1 - 4, токозадающий элемент, выполненный на резисторе 5, конденсаторы 6 - 9, резисторы 10, 11, 12, резисторы 13, 14 обратной связи, генератор 15 тока. Включение конденсатора 8 обеспечивает большую крутизну скатов кривой избирательности. Изменение номинала резистора 11 обеспечивает полную симметрию амплитудно-частотной характеристик и АЧХ фильтра. Изменением емкостей конденсаторов 7 и 8 варьируют величину начальной расстройки, что обеспечивает получение АЧХ с незначительной неравномерностью в полосе пропускания. Общая емкость между базой и коллектором транзистора 3 будет определяться в основном емкостью конденсатора 9, величина которой не зависит от напряжений питания, что обеспечит более высокую стабильность резонансной частоты при изменении напряжения питания. 1 ил.

/О

У

75

у

1е

JL