Фильтр нижних частот
ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий распределенную RC-структуру, один вывод резистивного слоя которой является входом, другой - выходом фильтра нижних частот, а вывод проводящего слоя подключен к общей шине, и частотно-зайисимое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повьшения добротности полюса, введен элемент с отрицательной емкостью , включенный параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению .
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) ((1) 4(51) H 03 Н 11/12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ
Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3613825/24-09 (22) 30.06.83 (46) 28.02.85. Бюл. У 8 (72) Н.В.Анточ и И.А.Аврам (71) Кишиневский политехнический институт им. С.Лазо (53) 621.542.2(088.8) (5e) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 320921, кл. Н 03 Н 1/02, 1969.
2. Анточ Н.В., Гордиенко К.П., Кицул И.В. Проектирование избирательных RC-RC-цепей на обобщенных преобразователях сопротивления. "-Штиинца, К., 1981, с. 89 (прототип) . (54) (57) ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий распределенную Rt- -структуру, один вывод резистивного слоя которой является входом, другой — выходом фильтра нижних частот, а вывод проводящего слоя подключен к общей шине, и частотно-зависимое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности полюса, введен элемент с отрицательной емкостью, включенный параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению.
1142 ь =RC
9.
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для создания частотно-избирательных цепей в интегральном исполнении. .Известен фильтр нижних частот, 5 содержащий RC-структуры Г11.
Однако известный фильтр из-за поч терь в схеме имеет низкую добротность полюса.
Наиболее близким техническим реше- 10 нием к предложенному является фильтр нижних частот, содержащий распределенную RC-структуру, один вывод резистивного слоя которой является вхо-. дом, другой — выходом фильтра нижних IS частот, а вывод проводящего слоя подключен к общей шине, и частотно-зависимое отрицательное сопротивление, включенное параллельно выходу фильтра нижних частот (2) .
Однако известный фильтр нижних частот имеет недостаточную добротность полюса из-за потерь в схеме.
Цель изобретения — повышение добротности полюса. 25
Поставленная цель достигается, тем, что в фильтр нижних частот, содержащий распределенную RC-структуру, один вывод резистивного слоя которой . является входом, другой — выходом 30 фильтра нижних частот, а вывод проводящего слоя подключен к общей шине, и частотно-зависимое отрицательное сопротивление, включенное параллельI но выходу фильтра нижних частот, введен элемент с отрицательной емкость|о, включенный параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению.
На фиг. 1 приведена структурная щ0 электрическая схема предложенного фильтра нижних частот ; на фиг. 2
1 электрическая принципиальная схема.
Фильтр нижних частот содержит распределенную RC-структуру 1, частотно- 3 зависимое отрицательное сопротивление {ЧЗОС) 2, элемент с отрицательной емкостью 3.
Фильтр нижчих частот работает следующим образом. S0
На вход фильтра нижних частот подается входное напряжение определенной частоты. Это напряжение через распределенную RC-структуру 1 поступает на вход частотно-зависимого от- рицательного сопротивления 2. Когда величина модуля активной составляющей проходного сопротивления распре887 3
1 деленной RC-структуры 1 равна модулю входного сопротивления частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2, в схеме возникает резонанс напряжений и на входе частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2 появляется напряжение, равное по амплитуде входному напряжению и противоположное по фазе.. Амплитуда выходного напряжения фильтра на резонансной частоте определяется значением эквивалентных потерь в виде распределенной емкости распределенной RC-структуры 1 и входной емкости частотно-зависимого отрицательного сопротивления 2.
Компенсация вышеуказанных потерь происходит эа счет. подключения элемента с отрицательной емкостью 3 параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению 2. Путем выбора величины моделированной отрицательной емкости можно компенсировать эквивалентное значение емкости потерь в схеме фильтра нижних частот и тем самым получить необходимую добротность полюса. Величина моделированной отрицательной емкости должна быть меньше величины эквивалентной емкости потерь.
Передаточная функция фильтра нижних частот по напряжению в режиме холостого хода имеет вид
csh e ссЬ8+(тО -п9) (1) где e= pRC-, R и С вЂ” полные сопротивление и емкость распределенной RСструктуры; постоянная времени распределенной RC-структуры;
, p=j у — комплексная частота; () — круговая частота; и — отношение значений отрицательной емкости и емкости потерь распределенной RС-структуры;
m — квадрат добротности фильтра нижних частот или коэффициент коррекции амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра нижних частот.
Апроксимированная трансцендентная функция передачи имеет вид
1 н(р)- — — — — — — —- (2) 1+(0,333-п) р+пЛ. р
1142887 з
Из уравнения (2) находим добротность полюса фильтра нижних частот (3)
4- 3n где Я вЂ” добротность полюса. 5
Иэ полученного выражения (3) видно, что добротность полюса зависит от отношения значений отрицательной емкости к емкости потерь распределенной RC-структуры и квадрата доброт- 10 ности или коэффициента коррекции АЧХ фильтра нижних частот.
Таким образом, компенсация потерь, выраженная в виде распределенной
RC-структуры и паразитной входной ем-15 кости частотно-зависимого сопротивления, приводит к повышению добротности полюса.
Необходимо отметить, что п 0,333, т.е. величина моделированной отрицательной емкости должна быть меньше эквивалентной емкости распределенной
RC-структуры и входной емкости частотно-зависимого сопротивления для сохраиения устойчивости работы. 25
Введение в фильтр нижних частот элемента с отрицательной емкостью 3 и подключение его параллельно частотно-зависимому отрицательному сопротивлению 2 выгодно отличает предлагаемое изобретение от прототипа, который взят за базовый объект, поскольку увеличивает добротность полюса при значении параметра m=const.
Добротность полюса повышается в основном за счет коэффициента и путем изменения отношения значений отрицательной емкости и емкости потерь распределенной резистивно-емкостной структуры. т е компенсацией. 40 потерь в фильтре нижних частот.
Так при n = 0,1 и m = const
3-Гт добротность полюса Q=1-3 0,1
-= 2 "З ш; при п=0,2 m=const
З.ш ЗЯ
1-3 -0,2 0,4 при n=0 3 m=const
3-Я 34m
Я= = =10 34ш.
1-3 0,3 0,1
Таким образом, из приведенных вычислений видно,. добротность полюса увеличивается в 2, 2,5 и 10 раз.
Использование предлагаемого фильтра нижних частот позволяет также осуществлять независимое управление коэффициентов характеристического полинома передаточной функции при коррекции амплитудно-частотной характеристики и уменьшить габариты, стоимость избирательных цепей в радиоэлектронике.
В приведенной на фиг. 2 схеме, активная часть реализует одновременно ЧЗОС2 и отрицательную емкость, причем значения последних регулируются независимо друг от друга.
Так, например, при реализации низкочастотного фильтра Батерворта третьего порядка с крутизной ската
18 дБ/ок на базе предлагаемой схемы используется одна распределенная
RC-структура, а прототип, реализующий такой фильтр, применяет две указанные структуры.
Таким образом, можно сделать вывод, что использование предлагаемого фильтра нижних частот позволяет повысить добротность полюса, уменьшить габариты и стоимость избирательных цепей.
ВННИПИ Заказ 749 44 Тираж 872 По сное
4 цшал ППП Патент, r. ужгород, ул.Проектная,4
