Активный фильтр с переключаемой полосой пропускания Советский патент 1993 года по МПК H03H11/12 

&

-0

Изобретение относится к радиотехнике и звукотехнике и может быть использовано в усилительных трактах для обработки сигналов звуковых частот.

Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений.

На чертеже приведена принципиальная схема активного фмльтра с переключаемой полосой пропускания,

Активный фильтр содержит два последовательно включенных RC-звена 1 и 2, усилитель 3, два ключевых транзистора 4 и 5, базы которых через резисторы 6 и 7 соединены с шиной управления Упр.. Выходы поперечного плеча RC-звеньев 1 и 2 соединены через ключевые транзисторы 4 и 5 соответственно с выходом усилителя 3 и с общей шиной. Между шиной положительного потенциала +Е1 и выходом усилителя 3 включен делитель напряжения, состоящий из резистора 8, диода 9 и параллельной RC- цепи из резистора 10 и конденсатора 11. Точка соединения резистора 8 и анода диода 9, то есть выход делителя, соединена с шиной управления Упр., которая подключена через ключ 12 к шине отрицательного

потенциала -Е2.

Активный фильтр работает следующим образом. Входной сигнал проходит два RC- звеиа 1 и 2 и поступает на вход усилителя 3, с выхода которого и снимается обработанный сигнал. При замкнутом ключе 12 на шине управления Упр. присутствует отрицательное напряжение шины -Е2. При этом диод 9 находится в обратном включении, а через резисторы 6 и 7 текут токи в базы ключевых транзисторов 4 и 5, Открытые ключевые транзисторы 4 и 5 замыкают выходы поперечных плеч RC-звеньев 1 и 2 соответственно на выход усилителя 3 и на общую шину. При этом фильтр принимает форму активного фильтра второго порядка с управляемым источником напряжения и ограничивает проходящие через него сигналы по частоте, то есть находится в состоянии узкой полосы пропускания. Большие базовые токи транзисторов 4 и 5 обеспечивают фильтру малые

нелинейные искажения в этом режиме работы. При разомкнутом ключе 12 вступает в работу делитель напряжения и ток через него открывает диод 9.

На шине управления Упр. формируется постоянная составляющая положительного напряжения, которая равна

.(Ei -UglRio , ,| . m uy P- -Sja+Rio +U9 (1) где Ei - напряжение шины положительного потенциала

и

Uj - падение напряжения на открытом диоде 9;

Rs, Rio - сопротивление резисторов 8 и 10.

Это напряжение закрывает переходы ключевых транзисторов 4 и 5, и все точки на входах и выходах RC-звеньев 1 и 2 и усилителя 3 становятся эквипотенциальными в широкой полосе частот, что обеспечивает активному фильтру состояние широкой полосы пропускания. Конденсатор 11, который включен параллельно резистору 10, обеспечивает на шине управления плавающее напряжение смещения на высоких частотах сигнала, что позволяет за счет линеаризирующих обратных связей через относительно низкоомные резисторы б и 7 уменьшить влияние нелинейных емкостей ключевых транзисторов 4 и 5 на искажения выходного сигнала фильтра. Выбор емкости конденсатора 11 осуществляют согласно следующему соотношению

Си 1/2 JTf0Ri2,(2) где fо.- частота среза фильтра, которая рав25 nafo-t/2 -rVR c - .

Ria - сопротивление резистора 12. Функция передачи активного фильтра выглядит следующим образом:

-для узкой полосы пропускания 30

10

15

20

Fi(p)

1 +(1 -K)Ri Ci +(Ri +R2) + Ri R2 Ci C2pz

(3)

35

для широкой полосы пропускания

Fa(p)

1+ (1 - K)Ct + (Ri + R2)(Ci + Сз)р + RiR2C«(Cs + СзУ

d)

где К-коэффициент передачи усилителя 3; I J Ri, R2 сопротивление резисторов RC- звеньев 1 и 2;

Ci, Cs - емкости конденсаторов RC- звеньев 1 и 2;

С, СЕ - емкости переходов закрытых ключевых транзисторов 4 и 5;

Сз - входная емкость усилителя 3. Выражения (3) и (4) основаны на допущениях, что входное сопротивление усилителя 3 гораздо больше суммы сопротивлений Ri+Ra, а также, что емкости Сч и Сг удовлетворяют следующим соотношениям: Gi«Ci и Cs«C2.

Параметры RC-звеньев 1 и 2 и усилителя 3 выбирают исходя из требуемой частотной характеристики фильтра. Сопротивления резисторов 8 и 10 делителя напряжения выбирают таким образом, чтобы положительное напряжение Uynp. было больше, чем амплитуда сигнала на входе фильтра. Конкретные значения этих сопротивлений могут быть равны десяткам или сотням килоом. Сопротивления резисторов 6 и 7 вы бирают обычно близкими по сопротивлению и максимально малой величины, которую опреде- ляют исходя из максимального тока шины управления Упр. и нагрузочной способности усилителя 3, поскольку резистор 6 при узкой полосе фильтра оказывается подключенным по переменному току к выходу уси- лителя 3. Коэффициент передачи усилителя желательно иметь близким к единице, однако это не обязательно. Уменьшение нелинейных искажений можно получить и при значении коэффициента усиления от 0,8 до 1,3, причем уменьшение составляет при этом не менее двух раз,

Применение предложенной структуры активного фильтра с переключаемой полосой пропускания позволяет снизить нели- нейкые искажения обрабатываемого сигнала приблизительно на порядок по сравнению с прототипом, то есть для фильтра с частотой среза 9 кГц можно в полосе частот от 40 до 16000 Гц при уровне сигнала 1В снизить нелинейные искажения от уровня 0,04-0,09% до уровня 0,001-0,004%. Уменьшение нелинейных искажений возможно также получить и в активных фильтрах, в которых используются не только

биполярные ключевые транзисторы, но и - полевые ключевые транзисторы.

Формула изобретенйя Активный фильтр с переключаемой полосой пропускания, содержащий два после- довательных включенных Г-образных RC-звена, в продольном плече которого включен резистор, а в поперечном конденсатор, выходы поперечного плеча первого и второго Г-образных RC-звеньев соединены через первый и второй ключёвойТранзисто- ры соответственно с выходом усилителя и с общей шиной, а базы первого и второго ключевых транзисторов соединены с первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены друг с другом и являются входом управления,о т - личающийся тем, что. с целью уменьшения нелинейных искажений, введены ключ, третий резистор и последовательная цепь, состоящая из последовательно включенных диода и параллельной RC-цепи, включенная между входом управления и выходом усилителя, вход которого соединен с выходом второго Г-образного RC-звена, а первые выводы третьего резистора и ключа соединены с входом управления, а их вторые являются входами для подключения соответствующего источника напряжения смещения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в трактах обраП ботки звуковых частот. Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений. Активный фильтр с переключаемой полосой пропускания содержит первую и вторую Г-образные НС-цепи 1 и 2, усилитель 3, первый и второй ключевые транзисторы 4 и 5, первый, второй, третий и четвертый резисторы 6-9, диод 10, конденсатор 11 и ключ 12. Работа активного фильтра с переключаемой полосой пропускания основана на введении нелинейной ОС в цепь управления ключевыми транзисторами, 1 ил.