Активный @ -фильтр

 

АКТИВНЫЙ ЯС-«ЖЛЬТР, содержащий Г-образную RC-цепь, вьтолненную в виде последовательно соединенных первых резистора и конденсатора, вход которой является входом активного RC-фильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирунлций вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор соединен с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор , включенный между выходом Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расшире .ния частотного диапазона, введен Т-образный резистивный делитель напряжения , включенный между вторым вьшодом второго конденсатора и выW ходом операционного усилителя. ;о 00 СХ) ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) ЗЕБР Н 03 Н 11/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA

3 Щ

" 1ГГв „, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ 04(4 /gal (21) 3004806/18-09 (22) 12. 11.80 (46) 23.08.84. Бюп. У 31 (72) В.Н.Лапенко и М.А.Феоктистов (71) Московский институт электронной техники (53) 621.372 ° 542 (088.8) (56) 1. Хьюлсман Л.П. Активные фильтры. М., "Мир", 1972, с. 26, фиг. 28.

2. Знаменский А.Е. и Теплюк И.Н.

Активные КС--фильтры, М., "Связь", 1970, с. 274 (прототип). (54)(57) АКТИВНЫЙ RC-ФИЛЬТР, содержащий Г-образную RC-цепь, выполненную в виде последовательно соединенных первых резистора и конденсатора, вход которой является входом активного RC-фильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор соединен с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом

Г-образной КС-цепи и выходом операционного усилителя, о т л и ч а ю— .шийся тем, что, с целью расшире.ния частотного диапазона, введен

Т-образный резистивный делитель напряжения, включенный между вторым Pg выводом второго конденсатора и выходом операционного усилителя.. 11098

1О цель изобретения — расширение 4О частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в активный КС-фильтр, содержащий Г-образную RC-цепь, выполненную в виде последовательно соеди- 4> ненных первых резистора и конденсатора, вход которой является входом активного КС-фильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор с выходом

Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом 55

Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, введен Т-образный резистивный делитель напряжения, Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для построения частотно-селективных устройств.

Известен активный RC-фильтр, содеражщий операционный усилитель, между входом и выходом которого включен пассивный RC-четырехполюсник Е13.

Однако этот активный RC-фильтр имеет высокую чувствительность к изменению параметров пассивных элементов и большую разницу в номиналах конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является активный РС-фильтр, содержащий Г-образную RC-цепь, выполненную в виде последовательно соединенных первых резистора и конденсатора, вход кото- 2О рой является входом активного RCфильтра, вторые конденсатор и резистор и операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго конденсатора непосредственно и через второй резистор с выходом Г-образной RC-цепи, а также третий резистор, включенный между выходом Г-образной RC-цепи и выходом операционного усилителя, Ф другой вывод второго конденсатора подключен к выходу операционного усилителя Е23.

Однако известный КС-фильтр имеет недостаточный частотный диапазон из- 35 за влияния полосы пропускания операционного усилителя на рабочий диапазон частот, в котором достигается устойчивая работа фильтра.

Активный: РС-фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал подается на вход

Г-образной RC-цепи 2, а выходной сигнал снимается с выхода операцион- . ного усилителя 1. Для реализации активного КС-фильтра нижних частот (ФНЧ) с общей шиной соединяется первый конденсатор 4, и входной сиг- нал подается на первый резистор 3.

Для реализации полосового фильтра (ПФ) сигнал подается на первый конденсатор 4, а первый резистор 3 соединяется с общей шиной . Рассмотрим реализацию фильтра нижних частот (ФНЧ) . При выполнении условия. равенства Yîìèíàëîâ частотно-задаю- .щих резисторов, первого, второго и третьего резисторов 2, 5 и 6, соответственно Rg = R = R = R ц равен8 ства номиналов первого и второго конденсаторов, 4 и 7 С = С = С, передаточная функция активного фильт-. ра запишется в виде где Т = R C> — постоянная времени

Г-образной 1С-цепи, коэффициент деления

Нл R«

Т-образного резистивного делителя 8 напряжения; выходное сопротивление Т-образного резистивного делителя

8 напряжения; номиналы четвертого, пятого и шестого резисторов 9-11

Н яы л

КЧЭ К40Ф КИ

85 2 включенный между вторым выводом второго конденсатора и выходом опера- ционного усилителя.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предложенного активного RC-фильтра.

Активный RC-фильтр, содержащий операционный усилитель (ОУ) 1, Г-об- разную RC-цепь 2, содержащую первые резистор 3 и конденсатор 4, второй и третий резисторы 5 и 6, второй конденсатор 7, Т-образный резистивный делитель 8 напряжения, содержащий четвертый, пятый и шестой резисторы 9-11.

1109885

Ао

В случае идеального ОУ (Ao

20 и й„".=;) и при низкоомном Т-образном резистивном делителе 8 напряжения (Ввысь R), активный С-фильтр реализует передаточную функцию фильтра нижних частот второго порядка с соб- 25 ственной частотой о = ут

1 (3) и добротностью

q ЗК (4)

Конечные значения коэффициента усиления по постоянному току А и частоты единичного усиления Е „ в реальном ОУ приводят к появлению паразитных нуля и полюса в передаточной функции активного фильтра (1). который становится при этом потенциально неустойчивым.

При апределенном выборе номиналов резисторов 9-11 Т-образного резис40

/ тивного делителя 8 эти паразитные нуль и полюс компенсируют друг друга. Так, если

30. живых g y< 1

50, Ф р Я,ф,)+р и -Т(Зй» ) +4»

4lo А»

C6)

Таким образом, как видно из выражения (6), осуществляется полная компенсация паразитного полюса и мы получаем передаточную функцию ФНЧ второго порядка. — коэффициент усиления операционного усилителя 1 по пос тоянному току, 1 — — постоянная времени Ю» операционного усилителя 1, где 6/ =2зтУ круговая частота. единичного усилите1 ля.

При выводе формулы (1) зависимость коэффициента усиления операционного усилителя (ОУ) 1 от частоты аппроксимировалась выражением то после подставки (5) в (1) получим

Аналогично для полосового фильт- ра существует оптимальная величина выходного сопротивления Т-абра зного резистивного делителя 8, при которой осуществляется компенсация паразитного полюса.

Рассмотренная компенсация паразитных нуля и полюса, возникающих

0 при использовании реальных ОУ, т.е. имеющих ограниченный коэффициент усиления и полосу частот, позволяет существенно расширить рабочий диапазон частот активного RC-фильтра (на порядок и более) .

Проверка предлагаемого активного

RC-фильтра осуществлялась моделированием на .3ВМ и чисто экспериментальным путем. При этом исследовалось 4 звена, из них два звена ФНЧ и два ПФ. Одно звено ФНЧ и одно звено ПФ были выполнены по предлагаемой схеме, а остальные по известной схеме. Частоты полюсов звеньев были равны 3 кГц, а добротность 2.

При экспериментальной проверке использовались ОУ типа 140У012 "Кимоно", у которых были предварительно определены зависимости частоты единичного усилителя f и коэффициента усиления А, от точки делителя Т .

При исследовании звеньев фильтров требуемая частота единичного усиления f» c H H c помощью тока делителя, после чего определялись параметры фильтров, При уменьшении частоты f ОУ частота полюса звеньев уменьшалась, а добротность возрастала. При частоте f» ОУ мень4 шей f 320 кГц. звенья фильтров, собранные по известной схеме, возбуждались. Уменьшение,f ОУ до

ЗО кГц в звеньях, собранных по предлагаемой схеме, не привело к заметному отличию характеристик от расчетных.

Аналогичные резул таты были получены моделированием фильтров на ЭВМ.

Таким образом, благодаря введению новых узлов и связей, z:о-первых, компенсируется неидеальность операционных усилителей, вследствие чего расширяется рабочий диапазон частот, снижается потребляемая мощность

Ф во-вторых, обеспечивается равнономинальность конденсаторов, что имеет большое значение прн серийном выпуске по гибридной технологии, так как при этом существенно снижается брак

09885

Составитель А.Меньшикова

Техред А. Кикемезей Корректор Г,Решетник

Редактор Г.Волкова

Заказ 6100/41 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и увеличивается производительность труда, в-третьих, упрощается функциональная настройка, так как нужно подстрбить только выходное сопротивление Z-образного резистивного делителя 8 в соответствии с частотой единичного усиления Е," ОУ.

При этом реализуются расчетные параметры схемы. Отметим,.что в серийно вынускаемах фильтрах - гибридных микросхемах серии 811 . — осуществляется функционапьная настройка по трем параметрам, несмотря йа та, что производится предварительная разбраковка конденсаторов с точнось тью 0,5Х и соответствующая настрой.ка резисторов с точностью 0,1-0,2Х, Это объясняется влиянием параметров ОУ на характеристики фильтра.

5 Совокупность положительных свойств, достигаемых благодаря предлагаемому изобретению, обеспечивает существенный экономический эффект по сравне- ,нию с серийно выпускаемыми микросхемами активных КС-фильтров, обус° ловленный как уменьшением количества ОУ (один ОУ вместо трех в микросхемах 811 серии), так и повышением производительности труда при изготов15 ленин и при настройке фильтров.