Дробный фильтр третьего порядка Советский патент 1982 года по МПК H03H11/12 

I

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в линейных радиотехнических цепях различного назначения,

Известен дробный фильтр третьего порядка, состоящий из дробного звена второго порядка и изолированного (развязанного) звена первого порядка, интегрирующей RC-цепи с буферным усилителем 1.

Однако известный фильтр реализует только полиноминальную функцию передачи с пологой характеристикой затухания в переходной области и не обеспечивает реализацию нуля передачи на заданной частоте, например частоте сосредоточенной помехи, т.е. дробной функции передачи, а также передаточной функции фазового (ФЗ) и амплитудного (ЛК) корректора.

Наиболее близким к изобретению является дробный фильтр третьего порядка, содержащий каскадно соединенные Т-образную RC-цепь, интегрирующую RC-цепь и операционный усилитель, к неинвертирующему входу которого подключен выход интегрирующей RC-цепи, первый резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилителя, являющегося выходом фильтра, и общей шиной, второй резистивный делитель, включенный между входом и выходом фильт10ра, причем его отвод подключен к о продольному емкостному плечу Т-образной RC-цепи, а поперечное резистивное плечо ее подключено к отводу первого резистивного делителя, тре15тий резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилителя и общей шиной, отвод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, первый

20 резистор, включенный между входом фильтра и точкой соединения Т-образной и интегрирующей RC-цепей, а также второй резистор Г23. 3 Однако данный фильтр имеет два активных элемента вместо одного минимально необходимого. Цель изобретения - упрощение схемы и снижение расхода мощности источников питания путем сокращения числа используемых элементов, Цель достигается тем, что дробны фильтр третьего порядка, содержащий каскадно соединенные Т-образную RC-цепь, интегрирующую RC-цепь и операционный усилитель, к неинвертирующему входу которого подключен выход интегрирующей RC-цепи, первый резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилите ля, являющегося выходом фильтра, и общей шиной, второй резистивный делитель, включенный между входом и выходом фильтра, причем его отвод подключен к продольному емкостному плечу Т-образной RC-цепи, а попереч ное резистивное плечо ее подключено к отводу первого резистивного делителя, третий резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилителя и общей шиной, отвод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, первый резистор, включенный между входом фильтра и точкой соединения Тобразной и интегрирующей RC-цепей, а также второй резистор введен четвертый резистивный делитель, включенный между входом фильтра и общей шиной, отвод которого подключен к выводу конденсатора интегрирующей RC-цепи, а второй резистор включен между входом фильтра и инвертирующим входом операционного усилителя. На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предложенного устройства.

Дробный фильтр третьего порядка содержит Т-образную RC-цепь, состоящую из конденсаторов 1 и 2 и резистора 3, интегрирующую RC-цепь, состоящую из конденсатора 4 и резистора 5 , операционный усилитель 6, первый резистивный делитель, состоящий из резисторов 7 и 8, второй резистиБный делитель, состоящий из резисторов 9 и 10, третий резистивный делитель состоящий из резисторов 11 и 12, первый и второй резисторы 13 и 14, четвертый резистивный делитель, состоящий из резисторов 15 и 16.

где г 1 - частота нормирования

М (обычно частота среза фильтра);

и Ь

функции-абсолютных величин и отношений эМементов схемы.

В варианте дробного звена ФНЧ-3 соотношения элементов 15, 16, 12 и 14 выбираются такими, что а i а 0; аи (f(sl/(j), в варианте 5 Устройство работает следующим образом. Операционный усилитель 6 охвачен через RC-цепь третьего порядка, образованную Т-образной RC-цепью и интегрирующей RC-цепью двумя петлями положительной (на частоте полюсов) обратной связи, одна из которых замыкается через первый резистивный делитель и резистор 3, а вторая через второй резистивный делитель и емкостно-резисторную ветвь Т-образной RC-цепи. Первая из них в большей степени ответственна за добротность комплексно-сопряженной пары полюсов передаточной функции, вторая - вменьшей. Действительный полюс передаточной функции формируется интегрирующей RC-цепью. В формировании параметров нуля передаточной функции участвуют резисторы 9, 10, 15, 16, 14 и 12. Первый резистивный делитель из резисторов 9 и 10 задает частоту f нуля по отношению к частоте полюса fp (сдвиг fn/f., пропорционален коэффициегьту передачи этого резистивного делителя в направлении сверху вниз направо по чертежу). Резистивные делители, состоящие из резисторов 15, 16 и 12, 14 формируют глубину нуля. При строго одинаковых их коэффициентах передачи достигается точный нуль передаточной функции, если коэффициент передачи резистивного делителя из резисторов 12 и 14 на вход операционного усилителя 6 выше, чем резистивного делителя из резисторов 15 и 16, схема реализует функцию ФК, если ниже - функцию ЛК. В общем случае передаточная функция схемы имеет вид

ФК a-j гО , 0; an У О в варианте АК все а О.

Расчет схемы сводится к нахождению элементов схемы и их соотношений по заданным коэффициентам,а . и Ь и принятым конструктивно величинами (равных) емкостей конденсаторо 1, 2 и 4. Имеется разработанная методика инженерного расчета.

Схема в качестве элементов частотно-независимых резистивных делителей на резисторах 9, 10, 7 и 8 содержит резисторы, сопротивления которых должно быть пренебрежимо малым по сравнению с реактивным сопротивлением емкостей конденсаторов 1 , 2 и %.

Предложенное устройство выгодно отличается от известного. Б нем устранен добавочный транзисторный усилитель каскад, снижен расход питания, уменьшены габариты фильтра. Этот эффект достигается введением в схему лишь двух низкоомных резисторов 15 и 16, что по сравнению с исключенным усилителем дает выиграш в технологическом (уменьшение габаритов) , в эксплуатационном (сокращение мощности рассеивания, повышение надежности схемы) отношениях. Достоинства предложенного устройства заключаются в следующем. Наличие двух независимых цепей обратной связи позволяет легко в широких пределах регулировать параметры полюсов реализуемой функции, а наличие двух независимых цепей управления параметрами нуля даст возможность реализовать любой вариант бикубичной функции передачи: дробный фильтр НЧ с нулем на заданной частоте,ФК или АК. Переход от одного варианта реализуемой бикубичной передаточной функции к другому, например от полиноминальной к дробной функции НЧ-3, от фильтровой функции к ФК и т.п., в предложенной схеме осуществляется только путем регулировки соотношения элементов низкоомных (резисторных) делителей без изменения величин элементов частотно-избирательной RC-цепи третьего порядка. Это свойство схемы позволяет при микроэлектронной реализации выполнить одну базовую RC-цепь для ряда функционально различных устройств, а вид и параметры каждой заданной функции, например адаптивных у стройств, обеспечивать подстройкой только низкоомных (или внешних) элементов.

Формула изобретения

Дробный фильтр третьего порядка, содержащий каскадно соединенные Тобразную RC-цепь, интегрирующую RC-цепь и операционный усилитель, к неинвертирующему входу которого

подключен выход интегрирующей RCцепи, первый резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилителя, являющегося выходом фильтра, и общей шиной второй резистивный делитель, включенный между входом и выходом фильтра, причем его отвод подключен к продольному емкостному плечу Т-образной RC-цепи, а поперечное резистивное плечо ее подключено к отводу первого резистивного делителя, третий резистивный делитель, включенный между выходом операционного усилителя и общей щиной, отвод которого подключен к инвер-тирующему входу операционного усил теля, первый резистор, включенный между входом фильтра и соединения Т-образной и интегрирующей RC-цепей, а также второй резистор, от 1ичающийся тем, что, с целью упрощения схемы и снижения расхода мощности источников питания путемсокращения числа используемых активных элементов, в него введен

четвертый резистивный делитель, включенный между входом фильтра и общей шиной, отвод которого подклю-. чен к выводу конденсатора интегрирующей RC-цепи, а второй резистор включен между входом фильтра и инвертирующим входом операционного „ усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Джефе П.Р. Проектирование активных RC -фильтров на низкокачественных элементах. Электроника, 1976, № 23, с. 59.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке №2666478, кл. Н 03 Н 11/12,

15.09.78 (прототип).