Активный rc-фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - уменьшение погрешности изменения добротности при изменении частоты среза. Активный RC-фштьтр содержит пассивную двухзвенную лестничную RC-цепь 1, усилител ь 2, блок регулировки коэффициента передачи, состоящий из двух умножающих ЦАП 3 и 4, дифференциальный усилитель 5 и сумматор 6. Цель достигается введением дифференциального усилителя 5 и сумматора 6, с помощью KOTopbLX цепь обратной связи под воздействием управляющего цифрового кода формирует коэффициенты обратной связи, определяющие значение соответствующей данному коду частоты среза активного RC-фильтра при сохранении постоянства его добротности. 1 ил. (Л Л)/Х5 Упро6лйюш,ии ци(рро6ой под

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

2242 А1 (19) (11) (51) 4 Н 03 Н 11/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3809396/24-09 (22) 10.11,84 (46) 07.07,87. Бюл. Н 25 (71) Специальное конструкторское бюро сейсмического приборостроения (72) В.Л.Беляев, В.Л.Бескоровайный и А.М.Ямпольский (53) 621.372.54 (088.8) (56) Справочник по расчету и проектированию ARC-схем. — М.: Радио и связь, 1984, с. 233, рис. 5.2. (54) АКТИВНЫЙ КС-ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — уменьшение погрешности изменения добротности при изменении частоты среза.

Активный RC-фильтр содержит пассивную двухэвенную лестничную RC-цепь 1, усилитель 2, блок регулировки коэффициента передачи, состоящий из двух умножающих ЦАП 3 и 4, дифференциальный усилитель 5 и сумматор 6. Цель достигается введением дифференциаль ; ного усилителя 5 и сумматора 6, с помощью которых цепь обратной связи под воздействием управляющего цифрового кода формирует коэффициенты обратной связи, определяющие значение соответствующей данному коду частоты среза активного RC-фильтра при сохранении постоянства его добротности.

1 ил.

1 13

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиотехнических устройствах различного назначения °

Цель изобретения — уменьшение погрешности изменения добротности при изменении частоты среза.

На чертеже приведена электрическая функциональная схема активного

КС-фильтра.

Активный RC-фильтр содержит пассивную двухзвенную лестничную RC-цепь

1, усилитель 2, блок регулировки коэффициента передачи, содержащий первый умножающий цифроаналоговой преобразователь (УЦАП) 32 второй УЦАП 4, дифференциальный усилитель 5, сумматор 6.

22420 2

Активный КС-фильтр работает Следующим образом

Входной сигнал проходит через последовательно соединенные пассивную двухзвенную КС-цепь 1 и усилитель 2 и поступает на выход активного RCфильтра.

Выходной сигнал через цепь обратной связи подается на первый и вто10 рой отводы пассивной двухзвенной лестничной RC-цепи 1 с коэффициентами передачи о(„ и Ы соответственно.

Примем z „,,z, z u z — сопротивления элементов пассивной двух15 звенной лестничной КС-цепи 1. Используя принцип суперпозиции, находим передаточную функцию активного

RC-фильтра

Пь

1+(1-d )-zq

z 1+z

+(1 )(12. г 4

1 конденсатор

И Z4 — p х- рС, г

----)

23 4

ы, в качестве элементов езисторы. В этом случае

z. = --- z = R u з

Необходимый вид передаточных функций для фильтра верхних или нижних частот обеспечивает надлежащим выбором элементов пассивной дву звенной лестничной RC-цепи 1.

Для реализации передаточной функции фильтра верхних частот в качест30

Подставляя ве элементов z1 и zz используются КЭ И К4В

К1К гС 4Сг р2

1 — с г

K(p)

p2 — - — -- +p — —,— К,С + R„(C, +Cz

R Ê,Ñ,Ñ Г 1-11

1 < (1 с 2

ВыполнЯем gcTIQBHH RZ C Z == R (С,,+С ), С тогда выражение (2) преобразуется в Ц С, +С, выражение (3) указанные значения z,, выражения (1), получаем (2) 1Г1 Ыг

2- Ы..— с!

2 (3) г

K(p)

2 )о рг+ р +юг

50

11-dz

Из равенства ------- = p, 2-. с — dz

11-Ыг

М = 2 — c

1 fl /3

55 находим нахог к(р)

2-о4-с 2 1- Мг р2 +р--- — --- +

К К К1Кгс1СР

Представим передаточную функцию фильтра верхних частот в канонической 45 форме -н,IR с П:й

r)Ie IO, = -- — — — — и () — — -- .— с -dg у — частота среза фильтра;

Π— добротность фильтра, Из условия RgC1 — R1(С„+С )

R1 Cz дим -- = ††--, откуда

К1 С 1+С г

Как видно из выражения для юо частоту среза фильтра можно переключать путем изменения коэффициента обратной связи при неизменных

3Hame1IHIIX R, R, C< CI,OAHBKO IIPII

Э > этом изменяется добротность фильтра

Для обеспечения постоянства добротности Q при переключениях частоты среза выбираем форму представления коэффициента обратной связи »„ таким

Сг образом, чтобы =- — — —, где C, C, Р -постоянный коэффициент пропорциональности .

Сложная нелинейная зависимость ц> о и, от ., затрудняет практическую

10 с о С1 — — — — — -- Q= - --- -/3 R,R,Ñ,Ñ, (4) K(p)

1 р (1 с )К К C„C +p((1 cf„)R C„+(Выполняем условия R„C) (К, +К, ) С„K(p) тогда выражение (5) преобразуется в выражение (5) 1 — o2) (Rg+R„)Czj +1

Ю

Э р2 + 2Р+с 2 о

ld о (1 Ы2) R1R2C1ñã

К(р) — —,— —,— — — — — — — -г — — — — (6),. Где

2 1-dz) R,R C„C +pR С,(2-Ы, -с(2)+1

Представляем передаточную функцию фильтра нижних частот в канонической о — 2 1 1 2

R2 С, 2- с,— I форме

3 13224 реализацию активного RC-фильтра с цифровым управлением. Для устранения этого затруднения представим коэффициент обратной связи d в виде Ы2 =

1 -с, где d — вспомогательный

2 коэффициент. Подставляя с в выраже2 ния для ы, и а, получаем расчетные соотношения для фильтра верхних час— тот

К,С,=К,(С,+С,); й1= 1 -do с о 15

1+ 2 о

Как видно из полученных расчетных соотношений, частота среза фильтра ы прямо пропорциональна o(, при сохранении постоянства добротности Q. Изменение коэффициента Ыо осуществляется под воздействием управляющего цифрового кода, подаваемого на цифровые входы УЦАП 3 и 4. Возможность изменения коэффициента d в широких пределах малыми шагами позволяет получить широкий набор частот среза фильтра при неизменных параметрах пассивной двухзвенной RC-цепи.

Формирование коэффициентов обратной связи Н„ и d в соответствии с полученными расчетными соотношениями осуществляется следующим образом.

Выходной сигнал активного RCфильтра П8,„ поступает на аналоговый вход первого умножающего цифроанало. гового преобразователя 3, на цифровой вход которого подается управляющий цифровой код, определяющий значение коэффициента передачи преобразовате- 4() ля а,. На выходе первого УЦАП 3 дейст вует напряжение а Ц8„„, которое поступает на аналоговый вход второго

УЦАП 4. На цифровой вход УЦАП 4 подается тот же управляющий цифровой .код, вследствие чего на выходе вто рого УЦАП 4 действует напряжение

a .,2 П,ы„. Формирование коэффициента обратной связи с о осуществляется дифференциальным усилителем 5, на неинвертирующий вход которого подается выходной сигнал активного RCфильтра U»,„ а на инвертирующий вход — напряжение Ы; U8„„ ñ выхода второго УЦАП 4. На выходе дифференциального усилителя 5 действует наРЯжение Uâû U8),x (1 с

U8ых = Ыг U8„„которое поступает на второй отвод пассивной двухзвенной

RC-цепи 1.

Формирование коэффициента обратной связи с, осуществляется сумматором б, на входы которого подаются выходной сигнал активного RC-фильтра первого УЦАП 3 и напряжение — Ы U8ь!2 с Вы хода второго УЦАП 4. Коэффициенты передачи по входам сумматора 6 выбираются

1 равными К = 1 К = -- и К / 3

0 вследствие чего на его выходе действует напряжение обратной связи

+ о ) с ПВых . Ьых Ро поступает на первый отвод пассивной двухзвенной RC -цепи. Таким образом, цепь обратной связи под воздействием управляющего цифрового кода формирует коэффициенты обратной связи с(, и Ы2, определяющие значение соответствующей данному коду частоты среза активного

RC-фильтра при сохранении постоо янства его добротности Q.

Для реализации передаточной функции фильтра нижних частот в качестве элементов гассивной двухзвенной лестничной КС-цепи к„ и я 1 используются резисторы, а в качестве элементов z и z< — конденсаторы. В этом

1 случае z„= R» z Кг z>

1 и z = — — . Подставляя указанные

+ РС1 значения z, z, z u z в выраже3 ние (1), получаем й-4

R„ откуда Q

К,+ R2

2-й -Ы

1 2

По соображениям, изложенным при анализе фильтра верхних частот, коэффициенты обратной связи e(, и Ы2 целесообразно формировать по тому же алгоритму, тогда получаем расчетные соотношения для фильтра нижних частот

15

1,/ к, РО 1

Ыо R1R2C „C2

20 () R2) CZ 2 о с о

Ы 1 +

1 О t3 °

Составитель С.Музычук

Техред И.Попович

Корректор И.Муска

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 2875/52

Тираж 901

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13224

Из условия R1С, (R +R2)02 нахо

Сг . К дим --

С1 R1+ R2

Как следует из приведенного анализа, функциональные схемы и прин-. ципы работы цепей обратной связи фильтров верхних и нижних частот аналогичны, а сами фильтры отличаются . только структурой пассивной двухэвенной лестничной RC-цепи.

20 6

Формула изобретения

Активный RC-фильтр, содержащий последовательно соединенные пассивную двухзвенную лестничную RC-цепь, вход которой является входом активного RC-фильтра, усилитель и блок регулировки коэффициента передачи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности изменения добротности при изменении частоты среза введены дифференциальный усилитель и сумматор, а блок регулировки коэффициента передачи выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго умножающих цифроаналоговых преобразователей, при этом вход первого умножающего цифроаналогового преобразователя, является входом блока регулировки коэффициента передачи, выходы сумматора и дифференциального усилителя подключены соответственно к первому и второму отводам пассивной двухэвенной лестничной RC-цепи, выход усилителя подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и первому входу сумматора, второй вход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя и выходу второго умножающего цифроаналогового преобразователя,:вход которого подключен к третьему входу сумматора.