Фильтр с регулируемой полосой пропускания Советский патент 1992 года по МПК H03H11/12 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для построения частотно-избирательных узлов различных радиоэлектронных устройств.

Цель изобретения - расширение диапа- зона регулировки полосы пропускания фильтра без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, повышение стабильности коэффициента передачи и добротности, повышение стабильности цент- ральной частоты фильтра.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема фильтра с регулируемой полосой пропускания.

Фильтр с регулируемой полосой пропускания содержит частотно-избирательный трехполюсник 1, состоящий из первой 2, второй 3 комплексных и третьей 4 проводи- мо стей, операционный усилитель (ОУ) 5, четвертую проводимость б, первый, второй и третий резисторы 7,8 и 9, Т-образный делитель 10 напряжения, включающий в себя резисторы 11 и 12 и управляемую проводимость 13,

Фильтр с регулируемой полосой пропускания работает следующим образом.

Входной сигнал через делитель, образо- ванный резистором 11 и выходным сопротивлением управляемой проводимости 13, поступает на третий вывод трехполюсника 1 и через третью проводимость 4 и вторую комплексную проводимость 3 - на инверти- рующий вход ОУ 5, охваченного тремя обратными связями: первой - отрицательной, замыкаемой через последовательно включенные первую и вторую комплексные проводимости 2 и 3, а также через резистор 7 и четвертую проводимость б, второй - положительной, замыкаемой через резисторы 8 и 9, третьей (дополнительной) - отрицательной, замыкаемой через резистор 12, третью проводимость 4 и вторую комплексную про- водимость.

Благодаря взаимодействию перечисленных обратных связей на выходе ОУ, совпадающем с выходом фильтра, реализуется передаточная функция полосового звена второго пордяка:

ШР dp

К(р) М

О)

Р 2 4- Р dp + о$ где Юр - центральная частота;

dp 1/Q - затухание полюса звена;

М К( (tip - масштабный коэффициент, т.е. коэффициент передачи звена на центральной частоте.

Для наиболее важного частного случая, когда комплексные проводимости Y2 j У С2. Ys j (о Сз - емкостные, а проводимости Y4 1/R4 и Ye - 1/Re резистивные,

частота G)p получается ниже собственной частоты пассивной частотозэдающей RC- цепи (Шрц):

Шр ..- .

vi + R7/R8 VR | R6 С2 Сз

Р)

гдеВ 4 R4 + RE ,

причем RЈ включает в себя выходное сопротивление Ri3 управляемой проводимости 13;

I IR12 IIR13(3)

Затухание (или добротность) полюса описывается выражением

dp,do+Kf:{1+s), (4)

где полагается

Re

RJ

(5)

С2 ,,

а под do понимается затухание полюса известной схемы, у которой отсутствует дополнительная обратная связь (Ri2 ): 1 t m Rg

do

.(1 -llIJJ i V 9 RJ(6)

Онач V 2 R8;

Здесь Онач - добротность базового потенциально устойчивого звена без второй (положительной обратной связи (Rg 0):

vrrT

Онач - о

2 В

Выражение масштабного коэффициента в формуле (1) приводится к виду

М

0-d0Q). (8)

25 30 3540

45

55

где допущение do 0 физически интерпретируется как точный баланс первых двух обратных связей на центральной частоте, чему согласно формуле (6) соответствует легко выполнимое условие Rg/Ra - 2/m.

Следовательно, выбранный произвольным образом масштабный коэффициент при do 0 не будет зависеть от выходного сопротивления управляемой проводимости, с помощью которой можно изменять ширину полосы пропускания теоретически в сколь угодно широких пределах, поскольку npnRi3- 0 Rz, , а (3-6).

В случае разрыва дополнительной обратной связи (Ri2 - со) получается известная схема полосового звена с дополнительным делителем на входе, у которого М выражается формулой

R13 Q(2QH,4+J-)-1, (9)

М

R11 + R13 l v нач Онач- т.е, масштабный коэффициент меняется примерно пропорционально О.

Сопоставление формулы (9) с (8) и (4-6) подтверждает существенное преимущество фильтра с регулируемой полосой пропускания перед известной схемой, где для получ ения аналогичного эффекта постоянства М при регулировке полосы (резисторами 8 или 9) необходимо синхронно и по другому закону регулировать также резистор 11 или- управляемую проводимость 13, величина которой в известной схеме на добротность практически не влияет.

Основное практическое ограничение на степень сужения полосы пропускания (роста добротности) фильтра (при Rn ) накладывает ухудшение стабильности характеристик вследствие повышения элементной чувствительности добротности по мере возрастания Q:

sftJiR4 ±fo-l);s82.c3 ±207- 0.

(10) где ij О/Онач - коэффициент регенерации.

Следовательно, при заданной полосе пропускания для повышения стабильности характеристик необходимо уменьшать /за счет увеличения Онач.

При неизменных параметрах пассивной RC-подсхемы (т, В), выбираемых с учетом требований по частотным и шумовым свойствам фильтра, двукратное увеличение Онач достигается введением в трехполюсник 1 первого буферного каскада

14(фиг. 2а).

Для фильтра с регулируемой полосой пропускания, содержащего трехполюсник с первым буферным каскадом, Онач и do выражаются соответственно формулам (7) и (6), в которых коэффициент 1/2 заменяется на единицу. Таким образом, согласно формуле (10) при О 1 примерно в два раза уменьшается элементная чувствительность добротности и соответственно повышается стабильность характеристик узкополосного фильтра.

Второе ограничение при широкодиапазонной регулировке полосы пропускания связано со смещением центральной частоты за счет изменения выходного сопротивления управляемой проводимости, входящего в Rt и R% (2) и (3), Это влияние незначительно,если R « RA, а практически полностью устраняется независимо от соотношения между RЈ и RA путем введения в трехполюсник 1 второго буферного каскада

15(фиг. 26).

При этом оба упомянутых буферных каскада обеспечивают положительный эффект независимо друг от друга и могут использоваться как совместно, так и каждый в отдельности.

Введение буферного каскада 15 особенно полезно для случая дуальной схемы час- тотозадающей RC-цепи, в которой

проводимости 2 и 3 - резистивные, а А и б - емкостные. Такая схема описывается формулами, аналогичными приведенным, если положить

R2 Rs; m Ye/Y-j Сз/Се, 5 а также учесть, что частота ftip получается выше й)рц, т.е.

В + R7/R8 1,

(Орц

причем в формулах (4) и (7) В заменяется на

0 1/В.

С физической точки зрения расширение диапазона регулировки полосы пропускания без изменения коэффициента передачи на центральной частоте объясняется тем,

5 что управляемая проводимость 13, выполняющая функцию регулирующего элемента. входит совместно с резистором 11 в контур делителя напряжения входного сигнала и одновременно совместно с резистором 12 0 в контур делителя цепи дополнительной обратной связи. При сбалансированности на центральной частоте всех остальных обратных связей, охватывающих ОУ 5, приращение коэффициента передачи входного

5 делителя, вызванное изменением управляемой проводимости 13, компенсируется приращением коэффициента передачи ОУ 5 с инвертирующего входа на выход.

Введение в частотно-избирательный

0 трехполюсник 1 первого буферного каскада 14 приводит к увеличению собственной добротности «астотозэдающей RC-цепи, состоящей из проводимостей 2, 3, 4 и 6, благодаря исключению эффекта шунтирова5 ния цепи из проводимостей 2 и 4 входным сопротивлением цепи из проводимостей 3 и 6 Вследствие этого снижается необходимое усиление по петле обратной связи и соответственно - элементные чувствитель0 ности добротности, что при заданной ее величине позволяет повысить стабильность характеристик фильтра с регулируемой полосой пропускания и повысить его добротность при заданной нестабильности.

5 При регулировке полосы пропускания фильтра с помощью управляемой проводимости 13 изменяется выходное сопротивление Т-образного делителя 10 напряжения, состоящего из резисторов 11 и 12 и управ0 ляемой просодимости 13. Это сопротивление включено последовательно с частотозадающим элементом - третьей проводимостью 4 частотно-избирательного трехполюсника 1, и в случае соизмеримости

5 их величин центральная частота будет заметно смещаться при регулировке полосы в

. широком диапазоне. Введение второго буферного каскада 15, развязывающего выход

Т-образного делителя 10 и чзстотно-избирательный трехполюсник 1, практически полностью устраняет этот, как правило, нежелательный эффект.

Формула изобретения 1. Фильтр с регулируемой полосой про- пускания, содержащий частотно-избирательный трехполюсник, состоящий из трех комплексных лроводимостей, первые выводы первой и второй из которых являются соответственно первым и вторым выводами частотно-избирательного трехполюсника, второй вывод частотно-избирательного трехполюсника соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с первыми выводами час- тотно-избирательного трехполюсника и первого резистора, второй вывод которого соединен с перывми выводами второго резистора и четвертой комплексной проводимости, второй вывод которой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинйертирующий вход которого соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, первый вывод третьего резистора соединен с общей шиной, о т- личающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулировки полосы пропускания без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, введен Т-образный делитель напряжения, состоя- щий из последовательно включенных четвертого и пятого резисторов и управляемой

проводимости, первый вывод которой соединен с точкой соединения четвертого и пятого резисторов и с третьим выводом частотнб-избирательного трехполюсника, а второй вывод - с общей шиной, первый вывод четвертого резистора является входом фильтра с регулируемой полосой пропускания, а первый вывод пятого резистора соединен с выходом операционного усилителя,

2.Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что втоыре выводы трех комплексных проводимостей частотно-избирательного трехполюсника соединены между собой, а их первые выводы являются соответственно первым - тертьим выводами частотно-избирательного трехполюсника.

3.Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента передачи и повышения добротности, в частотно-избирательный трехполюсник введен первый буферный каскад, включенный между первой и второй комплексными проводимостями.

А. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности центральной частоты фильтра, в частотно- избирательный трехполюсник введен второй буферный каскад, включенный между третьей комплексной проводимостью и третьим выводом частотно-избирательного трехполюсника.

14

&т

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных узлах радиоэлектронных устройств. Цель изобретения - расширение диапазона регулировки полосы пропускания фильтра без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, повышение стабильности коэффициента передачи и добротности, повышение стабильности ценfood тральной частоты фильтра. Фильтре регулируемой полосой пропускания содержит час- тотно-мзбирятельный трехполюсник 1, первую, вторую и третью комплексные проводимости 2,3 и 4. операционный усилитель 5, четвертую комплексную проводимость 6, первый, второй и третий резисторы 7,8 и 9, Т-образный делитель 10, четвертый и пятый резисторы 11 и 12, управляемую проводимость 13, первый и второй буферные каскады. Работа фильтра с регулируемой полосой пропускания основана на том, что благодаря целым ООС формируется передаточная функция второго порядка и регулируемая проводимость 13 осуществляет одновременно регулировку добротности и коэффициента передачи, так что на центральной частоте фильтра коэффициент передачи фильтра остается неизменным. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. Ъ СО ел 00 XI Рмг /

(i

°)

6) г 2.