Активный RC-фильтр Советский патент 1992 года по МПК H03H11/12 

, 1 TI. Rg Щ ТТз Я2

(7) 5sHP ftV.Qp|-j

R , R 1 +R + Ri

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в часготно-селективных блоках радиоэлектронных устройств. Цель изобретения - повышение стабильности амплитудно-частотной характеристики. Активный RC-фильтр содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 операционные усилители, первый 3 и второй 6 конденсаторы, резисторы 7 - 19. Работа активного RC-фильтра основана на снижении чувствительности затухания полюсов АЧХ к площади усиления ОУ за счет введения дополнительных цепей ООС. 1 ил.

где Па, Пз и П4 - площади усиления второго 2, третьего 3 и четвертого 4 операционных усилителей,

RB, R13 и Rig - сопротивление резисторов 8,13 и 19.

Выражения (6) и (7) получены из анализа предложенной схемы ARC-фильтра методом графов с использованием формулы Мезона и справедливы при , , Ri8 Rislf Ri 11 Rie.

Из формул (6) и (7) находятся относительные изменения частоты и затухания полюса

(Ор V Т2 vRl4

2 TI Rf x

5(Ур(П)

А( +Й+щ)+тс «

аар(П)рар{ 1+|ь+52Ry (Rio . Rio . Rio Rg lRi3 Ri9 Rie

+ L+-l-x + П2 Пз

/,, R Rio V Rg Rigj

-h5cop(n)

(9)

Из выражения (8) при тг находится соотношение между резисторами RI и Ris, при котором

Ri

бй)р(П)0,

(10)

При Ri/Ri3 2 из (9) определяются соотношения между Ri. Rie и Rig. при которых д dp(n)0

(11)

При выполнении условий (10) и (11) относительные изменения до)р (П)0 и д dp(n)0, т.е. устраняется влияние площади усиления на параметры фильтра и расширяется диапазон его рабочих частот.

Соотношения (8) и (9), как известно, являются соответствующими чувствительными, взятыми с обратным знаком, т.е.

JlH х ьп 2 Т1 R7 x

R Rio , Rio , Rio

10

. I -1- 4. - . j;|1 v

Rg Ris Rig Rie П2 П3Х

R Riovl RgRig/J

ti +Sn p

(13)

15

При выполнении условий (10) и (11) и выборе ri T2 чувствительности (12) и (13) принимают значения

Sirf

СОр

2

J Пз

1 Tb

(14)

(JL-JL)

yl2 flij

ы

+ Sin p (15)

5

0

5

0

5

0

Чувствительности (14) и (15) обращаются в нуль при . Выбором соотношений между Rio.Ri3.Ri9 и RIS чувствительности (12) и (13) можно сделать равными нулю и при Па Пз П4. Однако в любом случае точные равенства 5пыр 0 и возможны только при постоянных величинах площадей усиления или соотношений между ними. У реальных усилителей площади усиления и соотношения между ними под действием различных дестабилизирующих факторов (температуры, старения, измерения напряжения питания и других) меняются, что приводит к нарушению условий компенсации и росту чувствительности (14) и (15). Влиянием на чувствительности (12) и (13) нестабильности пассивных элементов, по сравнению с изменением площади усиления, можно пренебречь (разница в нестабильности примерно на два порядка, так как температурный коэффициент сопротивления резисторов типа С2-29 OR 1/град., температурный коэффициент площади усиления ) 1СГ3 1/град, а неидентичность температурных коэффициентов площади усиления Доп(0.3-0,5) on).

Из выражений (6) и (7) заявки № 46361 б/ 09(003418), принятой за прототип, при п -гг

55 2+Ж:Ж

значения соответствующих чувствительно- стей равны

i 11

П2

(16)

S2fl

(2 n - п3 n2

Т™ t-i т «-i

ГН

+ 52П

ui

(17)

Из соотношений (14), (15) и (16), (17) видно, что чувствительности частоты полюса к площади усиления в обоих фильтрах примерно одинаковые, а чувствительность затухания полюса в предлагаемом активном НС-фильтре в 4 раза меньше, чем у прототипа, так как реализуется вычитанием чисел в 4 раза меньших.

Чувствительности затухания полюса прототипа и предлагаемого решения приведены в таблице.

Для сравнения предлагаемого решения с прототипом воспользуемся среднеквадратичной чувствительностью, характеризующей влияние неидентичности изменения площадей усиления операционных усилителей на затухание полюса

5гКкз Ј ($V)2 1 1 V /

Как следует из таблицы

V42 + 12 -М2 Ч- 22

(18)

-для прототипа, и

QJpQp

sfr скз aЈpvi2-M2 1,41 п

(19)

-для предлагаемого решения. Из выражений (18) и (19) видно, что у предлагаемого решения среднеквадратичная чувствительность в 3,3 раза меньше и, следовательно, во столько же раза выше стабильность затухания полюса, что приводит к лучшей стабильности параметров фильтра,

Таким образом, в предлагаемом техническом решении в 3,3 раза меньше, чем у прототипа чувствительность затухания полюса к площади усиления, что позволяет повысить стабильность параметров или при той же стабильности использовать усилители с меньшей площадью усиления, т.е. более экономичные и дешевые.

Формула изобретения Активный RC-фильтр, содержащий первый, второй, третий и четвертый операционные усилители, выходы второго и третьего операционных усилителей соединены соответственно с первыми выводами первого и второго конденсаторов, вторые выводы которых соединены-соответственно с инвертирующими входами второго и третьего операционных усилителей, выход четвертого операционного усилителя соединен с первым выводом первого резистора, второй

вывод которого соединен с его инвертирующим входом и с первыми выводами второго и третьего резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с общей шиной и выходом первого операционного

усилителя, выход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен

с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, первый вывод пятого резистора соединен с вторым выводом первого конденсатора, первый вывод шестого резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора, а второй вывод шестого резистора соединен с выходом второго операционного усилителя, с инвертирующим входом которого соединен первый вывод седьмого резистора, первый вывод восьмо- го резистора соединен с выходом третьего операционного, а входом активного RC- фильтра является первый вывод девятого резистора, первый вывод десятого резистора соединен с общей шиной и с неинвертирующими входами второго и третьего операционных усилителей, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитудно-частотной характеристики, в него введены одиннадцатый,

двенадцатый и тринадцатый резисторы, первые выводы одиннадцатого и двенадцатого резисторов соединены с вторыми выводами девятого и десятого резисторов, а вторые выводы одиннадцатого и двенадцатого резисторов соединены соответственно с выходом второго и инвертирующим входом первого операционного усилителей, первый и второй тринадцатого резистора соединены соответственно с инвертирующими входами первого и третьего операционных усилителей, а вторые выводы седьмого и восьмого резисторов соедине- ны соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами первого

операционного усилителя, причем второй вывод пятого резистора соединен с выходом четвертого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной.