Дробный фильтр нижних частот Советский патент 1980 года по МПК H03H7/10 

1

Изобретение относится к радиотехнике, может использоваться в различных радиоэлектронных устройствах.

Известен дробный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные четыре интегрирующие RC-цепи и неинвертирующий усилитель, а также два резисторных делителя напряжения, первый из которых включен между выходом неинвертирующего усилителя и общей шиной, а второй подключен одним концом к выходу неинвертирующего усилителя; при этом конденсатор второй интегрирующей RC-цепи соединен с отводом второго делителя напряжения 1. .

Однако известный дробный фильтр име,ет довольно пологую амплитудно-частотную характеристику и узкий частотный диапазон.

.Цель изобретения - увеличение крутизны спада амплитудно-частотной характеристики и расщирение частотного диапазона фильтра.

Для этого в дробный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные четыре интегрирующие RC-цепи и неинвёртирующий усилитель, а также два

резисторных делителя напряжения, первый из которых включен между выходом неинвертирующего усилителя и общей щиной, а второй подключен одним концом к выходу неинвертирующето усилителя, причем конденсатор второй интегрирующей RC-цепи соединен с отводом второго делителя напряжения, введены третий резисторный делитель напряжения, включенный параллельно входу фильтра, и парафазный усилитель на транзисторе, база которого соединена

с отводом третьего делителя напряжения. При этом конденсаторы первой, третьей и четвертой интегрирующих RC-цепей подключены соответственно к коллектору транзистора парафазного усилителя, выходу неинвертирующего усилителя и отводу первого делителя напряжения, а второй конец второго делителя напряжениясоединен сэмиттером транзистора парафазного усилителя.

На чертеже приведена электрическая пиинципиальная схема предложенного фильтра.

Первая интегрирующая RC-цепь состоит из резистора 1 и конденсатора 2, вторая - из резистора 3 и конденсатора 4, третья -

из резистора 5 и конденсатора 6, четвертая из резистора 7 и конденсатора 8. В схему входят тайже неинвертирующий усилитель 9, делители напряжения, состоящие из резисторов 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, и парафазный усилитель на транзисторе 16 и резисторах 17 и 18.

Дробный фильтр работает следующим образом.

На. вход неинвертирующего усилителя 9 с конечным положительным коэффициентом усиления (Ко) поступают напряжение сигнала через интегрирующие RC-цепи и одновременно напряжение обратной связи - через нижние концы конденсаторов 2, 4, 6, 8. Кроме того, с помощью транзистора 16 в узел 19 заводится синфазное, а в узел 20 - противофазное напряжение сигнала, амплитуда которых устанавливается выбором резисторов 14, 15 и 12, 13, а также соотнощением резисторов 18 и 17. Обратные связи по четырем петлям (через четыре конденсатора 2, 4, 6, 8 схемы) формируют четыре пары полюсов передаточной функции, а вводимые в цепь с помощью транзистора 16 напряжения, пропорциональные сигналу - нуль функции передачи на заданной частоте.

Транзистор 16 выполняет одновременно функции:

-источника синфазного напряжения сигнала, вводимого в узел 19 для формирования нуля;

-источника противофазного напряжения сигнала, вводимого в узел 20, для формирования нуля;

-неинвертирующего усилителя в петле обратной связи через конде.нсатор 2;

-суммирующего устройства для подачи в узел 20 (и конденсатор 2) одновременно напряжений обратной связи и инвертированного сигнала.

Функции передачи дробного ФНЧ-4 . (фильтра низких частот четвертого порядка)

)

-, (1)

Ка

tifp b p i-bip i-bift-ti

причем постоянная времени и суммарная величина Rj,Ci избирательных цепей реальной схемы здесь много меньще, чем у прототипа и аналогичных ему схем.

Благодаря использованию новых элементов - дополнительных соединений, резисторного делителя напряжения на входе и в особенности благодаря многофункциональному использованию дополнительного транзистора предлагаемая схема выгодно отличается от прототипа:

1)Реализует более прямоугольную (более крутую) АЧХ (амплитудно-частотную характеристику) фильтра.

2)Позволяет реализовать функцию передачи в диапазоне более низких частот, чем прототип, при тех же величинах RjCj;, либо уменьшить при реализации тойже частоты среза фильтра, и тем самым уменьщить его габариты. Например, для реализации ФНЧ-4 с fgn ЮО Гц схема прототипа при суммарной величине Rj. 2347 кОм (R 336,7 кОм) требует конденсаторов по 21680 пф. Заявляемая схема при той величине (сопротивление 7325 кОм) требует) конденсаторов по 3900 пф, т. е. в 5,56 раза меньщей емкости.

3) Применение на выход фильтра единичного неинвертирующего усилителя (в качестве которого может быть использован операционный усилитель, охваченный местной отрицательной обратной связью для стабилизации режима) понижает до минимума дрейф постоянной составляющей выходного напряжения и устраняет .влияние нестабильности входных характеристик операционного усилителя;

) Цетыре независимых петли обратной связи и схема формирования нуля позволяют в щироких пределах варьировать коэф

фициенты b 1-b 4, а функции (1), в результате чего возможно, не изменяя зна чения элементов 1-8 интегрирующих RC-цепей, а только врьируя остальными низкоомными резисторами перестраивать в щироких пределах АЧХ фильтр,воздействуя как на

форму АЧХ (например, перемещая частоту нуля передачи при неизменной частоте среза так и на ее положение на щкале частот (т.е. перемещая частоту среза фильтра за счет изменения величины при неизменной

O форме АЧХ). Последнее особенно важно с точки зрения технологичности схемы, так как позволяет производить серию приборов на диапазон частот с одинаковыми частотно-избирательными цепями (которыеявляются наиболее громоздкой и дорогой частью фильтра), а настройку на заданные частоты ВЫПОЛНЯТЬ путем регулировки низкоомных цепей, которые могут быть вынесены в отдельный субблок управления).

Благодаря указанным достоинствам предложенное устройство может найти щирокое применение в миниатюрной аппаратуре связи, исследовательной физической (в том числе геофизической) аппаратуре, акустике и гидроакустике,электромедицинской аппаратуре, в информационно-измерительной технике, для измерения щумов и вибраций, в частности в бортовой авиационной контрольно-измерительной аппаратуре.

Формула изобретения

Дробный фильтр нижних частот, содержащий цоследовательно соединенные четыре интегрирующие RC-цепи и неинвертирующий усилитель, а также два резисторных делителя напряжения, первый из которых включен между выходом неинвертирующего усилителя и общей щиной, а второй подключен одним концом к выходу неинвертирующего усилителя, при этом конденсатор второй интегрирующей RC-цепи соединей с отводом второго делителя напряжения, отличающийся тем, что, с целью увеличения крутизны спада амплитудно-частотной характеристики и расширения частотного диапазона, в него введены третий резисторный делитель напряжения, включенный параллельно входу фильтра, и парафазный усилитель на транзисторе, база которого соединена с отводом третьего делителя напряжения, при этом конденсаторы первой, третьей и четвертой интегрирующих RC-цепей подключены соответственно к коллектору транзистора парафазного усилителя, выходу неинвертирующего усилителя и отводу первого делителя напряжения, а второй конец второго делителя напряжения соединен с эмиттером транзистора парафазного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. «Избирательные системы с обратной связью, Таганрог, 1974, вып.-2, с. 40 (прототип) .