Звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания Советский патент 1982 года по МПК H03H11/12 

() ЗВЕНО АКТИВНОГО RC-ФИЛЬТРА С РАСШИРЕН(10П ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ

1

Изобретение относится к радиотех нике и может использоваться в устройствах частотной селекции сигналов.

Известно звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания, состоящее из трех секций, включенных каскадно. Первая секция, реализующая простой положительный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в дифференциальном включении и содержит три резистора и конденсатор. Вторая секция, реализующая простой отрицательный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в трехполюсном включении и содержит два резистора и конденсатор. Третья секция, реализующая пару комплексно сопряженных полюсов,представляет собой известную схему элементарного фильтра нижних частот Рауха и содержит операционный усилитель в трехполюсном включении, три резистора и два конденсатора 1 .

Однако указанное звено очень сложно из-за большого количества используемых элементов, а также имеет склонность к самовозбуждению на высоких частотах.

Наиболее близким к предлагаемому является звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания, содержащее первый операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистор, включенный между входом звена и инвертирующим входом первого опера ционного усилителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого че-. рез второй конденсатор соединен с входом звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2.

Однако известное звено не позволяет увеличить добротность при равнономинальных значениях емкостей. значений емкостей, которое растет с увеличением добротности.при водит к увеличению суммарной емкости конденсаторов, что является недостат ком при микроэлектронном выполнении звена. Цель изобретения - увеличение доб ротности при равнономинальных значен ях емкостей конденсаторов и их минимальной суммарной емкости. Указанная цель достигается тем, что в звено активного RC-фипьтра с расширенной полосой пропускания для микроэлектронного выполнения, содержащее первый операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистор,вкл ченный между входом звена и инвертир щим входом первого операционного уси лителя, резистивный делитель напряже ния, включенный между выходом первог операционного усилителя и общей шино отвод которого через второй конденса тор соединен с входом звена, а также второй резистор, -один вывод которого соединен с инвертирующим входом перво го операционного усилителя, введен второй операционный усилитель, включенный по схеме повторителя напряжения5 неинвертирующий вход которого подключен к отводу резистивного делителя напряжения, а другой вывод второ го резистора соединен с выходом вто|эого операционного усилителя, являющегося выходом звена. На чертеже приведена электрическая псинципиальная схема предлагаемого устройства. Звено активного RC-фильтра содержит первый операционный усилитель (ОУ) 1, первый конденсатор 2, первый резистор Зй резистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов k и 5, второй конденсатор 6, второй резистор 7, второй ОУ 8. Звено активного RC-фильтра работает следующим образом. Входной сигнал поступает на ОУ 8 по двум каналам. Основным каналом передачи сигналов верхних частот является дифференцирующая RC-цепь из второго конденсатора 6 и резистора 5. Основным каналом передачи сигналов нижних частот является частотозависимая цепь, состоящая из первого резистора 3, первого конденсатора 2 и первого операционного усилителя 1, включенных по схеме интегратора, а также резистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов 4 и 5, включенных на входе ОУ 8. За счет обратной связи через резистор 7 осуществляется выделение сигналов средних частот, примыкающих к собственной частоте звена, которая определяется резисторами и 7, а также первым и вторым конденсаторами 2 и 6. От веЛ1 чины сопротивления первого резистора 3 зависит ширина и симметрия полосы пропускания звена. Когда сопротивление первого резистора 3 равно сопротивлению резистора 7 амплитудночастотная характеристика (АЧХ)звена по характеру прибли5кается к АЧХ полосового фильтра второго порядка с симметрично расширенной полосой пропускания. Когда величина сопротивления первого резистора 3 больше сопротивления резистора 7, полоса пропускания расширена в основном в сторону верхних частот. Когда сопротивление первого резистора 3 меньше сопротивления резистора 7, полоса пропускания расширена больше в сторону ниж- них частот, В схеме возможна независимая регулировка собственной частоты полюсов резистором 7, добротности - резистором 5, нуль--первым резистором 3, Если первый резистор 3 выполнить регулируемым, то перестройка полосы пропускания может осуществляться плавно. Исключение влияния нагрузки .на характеристики звена осуществляется за счет съема выходного сигнала с выхода повторителя с малым выходным сопротивлением. Уменьшение разброса емкостей и уменьшение суммарной емкости конденсатором обеспечивается самой схемой соединения элементов. Приведем , подтверждающие правильность приведенных здесь утверждений . Передаточная функция известной схемы , ибых(Р) - .№)-ut4h-p.i.(i;,/l) , - ииЫХ .rt -t-1.l.t (1) Передаточная функция предлагаемой схемы T2(p):U6M(PlСг-Сб) CiCъ (2.)

Из (1) и (2) видно, что определяющее характер АЧХ взаимное расположение нулей , 1

.R,и собственных частот , обеих схем зависит от соотношения резисторов 3 и 7. Сопоставим выраж ния добротностей схем, вычисляя их по (1) и (2). Для известной схемы ,.«, очевидно, что ; о А . о ,5. Для предлагаемой схемы О В 4 00 Отрицательные значения А и В не ра сматриваются, так как добротности гут иметь только положительные зна ния. Из (5) следует, что возможный р брос емкостей конденсаторовв извес схеме Се „ о: ITI Жг: ) т,е, растет пропорционально квадра добротности и этот рост невозможно ;компенсировать увеличением А, т,е, изменением соотношения резисторов схемы. Равенство емкостей С и Cg возможно лишь при добротностях Q 0,5, которые для активных схем не имеют смысла. Из (6) следует, что для предлагаемой схемы Й. Так как О i В и: « , то увеличение может быть скомпенсировано увелич нием В, т.е, за счет изменения соо ношения параметров резисторов схемы этому значения емкостей Сд и быть выбраны равными при любых добро тях схемы.Возможность выбора равных

значений емкостей С и Cg позволяет уменьшить суммарную емкость предлагаемой схемы звена. Действительно, из выражения собственной частрты (4) величина емкости С определяется С „%Кц-КгСбСуммарная емкость схемы Ct Cj + Се + С. (10) Суммарная емкость будет иметь экстремальное значение при условии dCtCCs) к + 1-0. Вторая производная .о, Ч поэтому это экстремальное значение . является минимальным. Из (11) Cg чК, подставив это значение в (9), получаем, что тг UF -i Таким образом, суммарная емкость схемы звеца наименьшая, когда емкости Cg и Сб равны друг другу. Но, как отмечалось выше, у известной схемы равенство емкостей возможно только При малых добротностях ,5, т,е, в случаях, не представляющих практический интерес при проектировании активных RC-фильтров, Предлагаемая схема обеспечивает минимальную суммарную емкость при любых добротностях передаточной функции, Таким образом, введение дополнительного операционного усилителя в известное активное RC-звено с расширенной полосой пропускания позволяет исключить влияние нагрузки на характеристики звена, устранить разброс емкостей его конденсаторов и уменьшить их суммарную емкость,Приме.нёние предлагаемого звена дает возможность уменьшить габариты широкополосных многозвенных фильтров различного назначения и удешевить их производство. Формула изобретения Звено активного RC-фильтра с расширенной полосой пропускания для микроэлектронного выполнения, содержащее первый операционный усилитель, .в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистор, включенный между входом звена и инвертирующим входом первого операционного усилителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого через второй конденсатор соединен с входом звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операцио 1ного усилителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения добротности при равнономинальных значениях емкостей конденсаторов и их минимальной суммарной емкости, введен второй операционный усилитель, включенный по схеме повторителя напряжения,неинвертирующий вход которого подключен к отводу резистивного делителя напряжения, а другой вывод второго резистора соединен с выходом второго операционного усилителя, являющегося выходом звена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1/Калниболотский . Ю.М.Королев Д. Синтез электронных схем. Киев, Вища школа ;,1979, с, 209, рис. 7.19.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2617117/18-09, кл. Н 03 Н 7/02, 1978 (прототип).