Активный перестраиваемый -фильтр Советский патент 1977 года по МПК H03H7/10 

1

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в качестве амплитудного корректора.

Известны перестраиваемые активные RLCфильтры, в которых плавная перестройка коэффициента усиления фильтра на резонансной частоте осуществляется посредством потенциометра. Выводы потенциометра соединены с входами дифференциального операционного усилителя, охваченного резистивной отрицательной обратной связью. Однако такой ./ LC-фильтр имеет высокий уровень шумов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является активный перестраиваемый КЬС-фнлътр, содержаш,ий дифференциальный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, регулируемый резистор, к отводу которого подключен один из выводов .последовательного LC-двухполюсрика, и нерегулируемый резистор, один из выводов которого подключен к входу фильтра

2.

Для такого RLC-фильтра характерны высокий уровень шумов и небольшой динамический диапазон входного напряжения.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона входного напряжения и снижение уровня шумов LC-фильтра.

Для этого в предлагаемом перестраиваемом / LC-фильтре крайние выводы регзлируемого резистора подключены соответственно к входу и выходу фильтра, а второй вывод нерегулируемого резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине.

На чертеже представлена структурная электрическая схема активного перестраиваемого / ЬС-фильтра.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1 с цепью 2 резистивной отрицательной обратной связи, регулируемый резистор 3, к отводу которого подключен один из выводов 4 последовательного LC-двухполюсника 5, и нерегулируемый резистор 6, один из выводов которого подключен к входу 7 фильтра. Крайние выводы 8, 9 регулируемого резистора 3 подключены соответственно к входу 7 и выходу 10 фильтра, а второй вывод 11 нерегулируемого резистора 6 соединен с инвертирующим входом 12 усилителя 1, неинвертирующий вход 13 которого подключен к общей шине 14. LC-двухполюсник 5 состоит из резистора 15, катушки 16 и конденсатора 17.

Устройство работает следующим образом.

В среднем полол ении движка 18 регулируемого резистора 3 величины сопротивлений

резисторов 2, 6 принимаем равными. При этом усилитель 1 вместе с резисторами 2, 6 образует единичный инвертор, который изменяет фазу входного сигнала независимо от частоты на 180°, оставляя амплитуду на выходе неизменной и равной величине входного напряжения. Так как напряжения на входе 7 и выходе 10 одинаковы по величине и имеют противоположные полярности, то напряжение на движке 18 регулируемого резистора 3 при его среднем положении равно нулю.

При нормальной работе усилителя 1 в линейной области напряжение на его инвертирующем входе 12 близко к нулю за счет большого коэффициента передачи напряжения усилителя 1. Вследствие того, что между инвертирующим входом 12 усилителя 1 и движком 18 в регулируемом резисторе 3 напряжение равно нулю, ток через / 1С-двухполюсник 5 не проходит. Частотная характеристика фильтра в этом случае не зависит от частоты. Коэффициент передачи напряжения фильтра (К на резонансной частоте) равен минус единице. При перемещении движка 18 до упора влево, т. е. при соединении вывода движка 18 с выводом 3 и с входом 7 резистор 6 оказывается защунтированным RLCдвухполюсником 5.

При подаче на вход 7 напряжения постоянного тока, т. е. с частотой входного напрял ения, равной нулю, сопротивление LCдвухполюсника равно бесконечности за счет бесконечного большого сопротивления конденсатора 17. При этом коэффициент передачи напряжения фильтра равен минус единице. По мере возрастания частоты реактивное сопротивление конденсатора 17 уменьшается, а реактивное сопротивление катушки 16 возрастает.

На резонансной частоте

f /рез -

где L - величина индуктивности катушки 16; С - величина емкости конденсатора 17, сумма реактивных сопротивлений конденсатора 17 и катушки 16 равна нулю, поэтому величина сопротивления всего LC-двухполюсника 5 на /рез. равна величине сопротивления резистора 15. Коэфициент передачи напряжения фильтра, в этом случае

/ ( + -г

рез /

где Re - сопротивление резистора 6;

RK - сопротивление резистора 15. В перемещении движка 18 до упора вправо 7 ЬС-двухполюсник оказывается включенным

параллельно резистору 2 и К

В ЭТОМ слурез

чае

/Гу

рез

1 +

«15

где RZ-сопротивление резистора 2.

Так как величина сопротивления резистора 15 выбрана меньшей величины сопротивления резистора 2, коэффициент передачи на резонансной частоте в этом случае меньше 1. Выбирая одинаковые сопротивления резисторов 2, 6, имеем

/Г/ 1//Су .

резрез

Из ЭТОГО следует, что частотные характеристики перестраиваемого активного RLCфильтра на частоте /рез зеркально симметричны, т. е. подъем усиления фильтра равен завалу.

Так как неинвертируемый вход ,13 усилителя 1 соединен с общей шиной 14, имеющей нулевой потенциал, го синфазное напрял ение на входах 12, 13 усилителя 1 близко нулю. При этом ограничения по величине входного напряжения не возникает, что позволяет подавать на вход 7 входное напряжение, равное максимальному выходному напдяжению фильтра и превышающее наибольшее входное синфазное напряжение фильтра. Благодаря этому расширяется динамический диапазон LC-фильтра.

Подключение лишь одного вывода 11 JKLCдвухполюсника 5 к инвертирующему входу 12 усилителя 1 позволяет уменьшить влияние помех и наводок на входные цепи усилителя примерно в два раза (по сравнению с известным). Отсутствие элементов схемы, шунтирующих входы усилителя 1, и наличие входного сигнала только на инвертирующем входе

12 дает -возможность снизить уровень шумов фильтра, а следовательно, расширить динамический диапазон фильтра по напряжению как сверху, так и снизу. Эта особенность RLCфильтра позволяет использовать его в высококачественных усилительных системах с большим динамическим диапазоном изменения величины входного напряжения.

Формула изобретения

Активный перестраиваемый / С-фильтр,

содержащий дифференциальный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, регулируемый резистор, к отводу которого подключен один из выводов последовательного / ЬС-двухполюсника, и нерегулируемый резистор, один из выводов которого подключен к входу фильтра, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и снижения уровня щумов, крайние выводы регулируемого резистора

подключены соответственно к входу и выходу фильтра, а второй вывод нерегулируемого резистора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей

шине.