Активный перестраиваемый фильтр второго порядка Советский патент 1992 года по МПК H03H11/12 

X(s)

гад

,&)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных блоках радиоприемных устройств. Цель изобретения - повышение точности независимой регулировки частот и добротностей полюсов передаточной функции. Активный перестраиваемый фильтр второго порядка содержит первый алгебраический сумматор 8, первый и второй инвертирующие интеграторы 2 и 3. второй, третий, четвертый, пятый и шестой алгебраические сумматоры 4-8. Работа активного перестраиваемого фильтра основана на том, что за счет цепей ООС формируется передаточная функция второго порядка с независимой регулировкой частот и добротностей полюсов. 1 ил.

VJ

СЛ 00 00

со

СА

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к электрическим фильтрам. Оно может быть использовано в приемных и измерительных устройствах, а также в системах автоматического управления для спектральной обработки управляющего сигнала.

Известны активные фильтры второго порядка на ос,нове динамических звеньев, построенные на одном операционном усилителе со сложными частотно-зависимыми RC-цепями по входу и обратной связи. Активные фильтры второго порядка моделируют единственную фильтровую функцию данного класса, имеют большую корневую чувствительность, которая приводит к значительной нестабильности параметров фильтровой функции при изменении температуры и напряжения питания, широкий разное значений номиналов емкостей и сопротивлений.

Повышение стабильности параметров фильтровых функций достигается увеличением количества операционных усилителей в схеме фильтра. Одним из таких фильтров - прототипом является схема звена на интеграторах, которая состоит из сумматора и двух инвертирующих интеграторов. Ввод фильтра соединен с первым неинвертирующим входом сумматора, выход которого является первым выходом фильтра исоединен со входом первого инвертирующего интегратора, выход которого является вторым выходом фильтра, соединен со вторым неинвертирующим входом сумматора и с входом инвертирующего интегратора, выход которого соединен с инвертирующим входом сумматора и является третьим выходом фильтра. Достоинством рассматриваемой схемы является возможность реализации одновременно трех фильтровых функций (в разных точках сьема сигнала) видов:

TBM(S) УВЧ {s)/Vi(s) KB4s2/D(s); Tn(s) Vn(s)/Vi(s) -Kns шь /D(s);

TH4(s)-VM(s}/Vi(s)-KH4 fflg /D(s},

где D(s) s2 + s ( ftio /Qo) + а& - характеристический полином. Схему целесообразно использовать в полиноминальных каскадных и многопетлевых фильтрах с фиксированными характеристиками и масштабной перестройкой 2, с. 220. Однако рассматриваемая схема-прототип имеет недостаток, заключающийся в том, что регулятор параметров всех трех фильтровых функций является зависимым, что усложняет настройку и перестройку фильтра, кото

рые осуществляются на основе предварительных аналитических расчетов. При этом связность регулятора проявляется и при корневой настройке фильтра на заданные комплексные частоты полюсов од и aft . где

(оа Re аа ± ар - fi(Ru Q);

5

0

5

0

5

0

5

0

5

(Do

wft lm caa±lafi f2(Ri. Cj).

Целью изобретения является расширение области применения путем обеспечения независимой регулировки комплексных частот полюсов и масштабного множителя фильтровых функций активного перестраиваемого фильтра второго порядка.

Поставленная цель достигается благодаря техническому решению. реализующему независимый регулятор и содержащему такие существенные признаки как новый элементный состав и новые связи между элементами.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого фильтра.

Фильтр состоит из первого 1, втор-зго 8, третьего 4, четвертого 7, пятого б и шестого 5 сумматоров, первого 2 м второго 3 инвертирующих интеграторов. Настройка параметровфильтрапроизводитсясоответственно: масштабного множителя К по неинвертирующему входу первого сумматора; частоты с одновременно по входам первого и второго инвертирующего интегратора, по инвертирующим входам третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров; действительной части полюса одновременно по первому неинвертирующему входу четвертого и пятого сумматора; мнимой части полюса Cfy одновременно по первому неинвертирующему входу третьего и шестого сумматора. Неинвертирующий вход второго сумматора имеет коэффициент масштабирования равным 2.

В статическом состоянии вход фильтра соединен с неинвертирующим входом первого сумматора 1, выход которого соединен с первым выходом фильтра и с входом первого инвертирующего интегратора 2, выход которого соединен с вторым выходом фильтра, с инвертирующим входом второго сумматора 8 с входом второго инвертирующего интегратора 3, выход которого соединен с третьим выходом фильтра, с первым неинвертирующим входом четвертого сумматора 7, выход которого соединен со своим

вторым неинвертирующим входом, со своим инвертирующим входом и с неинвертирующим входом второго сумматора 8. выход которого соединен с первым неинвертмру- ющим входом пятого сумматора 5, выход которого соединен со своим вторым неинвертирующим входом, со своим инеертирг ющим входом и с первым инвертирующ входом первого сумматора 1. Выход третьего сумматора А соединен со своим вторым неинвертирующим входом, со своим инвертирующим входом и с первым неинвертирующим входом шестого сумматора 5, выход которого соединен со своим вторым неинвертирующим входом, со своим неинвертирующим входом и со вторым инвертирующим входом первого сумматора 1.

Пусть на входе фильтра действует входной сигнал Х(з)-(в дальнейшем будем рассматривать сигналы преобразованные в соответствии с преобразованием Лапласа). На выходах фильтра имеем сигналы: первого - Yi(s) Xi(s); второго - Ya(s) X2(s); третьего - Уз(з) Хз(з).

На выходе первого сумматора 1 формируется сигнал вида

Xi(s) К X(s) - X5(s) - Xe(s).

На выходе инвертирующих интеграторов формируются сигналы: первого 2 - X2(s) - ; второго 3 - Хз(в) у X2(s).

Нз выходе второго сумматора 8 формируется сигнал вида

X8(s) -2X2(s) + X7(s}.

На выходе сумматоров формируются сигналы: третьего - X4(s) - - Хз(з); четвер&teтого 7 - X(s) Хз(з); пятого 6 - Xe(s)

tt/o

ffjfy()fi

:- X8(s); шестого 5 - X5(s) g Xq(s). Следовательно:

) X1/5S )(fSJ- Xs«} ™-% % ™ -% - ™ Ь

,,5

v ,.. 4

,s.

или

o)J2cJ ..

Y, fs KXcs) --- X,fS)-T )

$г

..

ci

,

10 YffS) + 2 s cj|j-Ks4Xfs}.

Откуда получаем, что

15 Yi(s)

Ks

,2 .

s2 +2 (Das- +а$х+а)ь2

X(s)

Ks2

Yf fsj K

(s+ftor)

CO 5

X(s)

fS+ u) + ( S )

r- .Xrs)

25 Y2rS) -K

CS + 4( jcflj,) f5 -j oJ/j)

«) ,

u,

.-- X(S)

Y,CS)-K -;

Формула изобретения Активный перестраиваемый фильтр второго порядка, содержащий первый алгебраический сумматор, неинвертирующий вход которого является входом активного перестраиваемого фильтра второго порядка, а выход соединен с входом первого инвертирующего интегратора, выход которого сое

динен с входом второго, инвертирующего интегратора, отличающийся тем. чтоГ с целью повышения точности независимой регулировки частот и добротностей полюсов передаточной Функции, введены второй, третий, четвертый, пятый и шестой алгебраические сумматоры, а выход второго инвертирующего интегратора соединен соответственно с первыми неинвертирующими входами второго и пятого алгебраических сумматоров, вход первого инвертирующего интегратора соединен с инвертирующим входом шестого алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым неинеертирующим входом четвертого алгебраического сумматора, выходы второго, третьего, четвертого и пятого алгебраических сумматоров соединены соответственно с их инвертирующими входами и с вторыми неинвертирующими входами, а выход второго алгебраического

сумматора соединен с первым неинвертиру-вход которого соединен с выходом четверющим входом третьего алгебраического сум-того алгебраического сумматора, причем

матора, выход которого соединен с первымвыход пятого алгебраического сумматора

инвертирующим входом первого алгебраиче-соединен с неинвертирующим входом шесского сумматора, второй инвертирующий5 того алгебраического сумматора.