Настраиваемый активный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение стабильности полосы пропускания. Настраиваемый активный фильтр содержит избирательный четырехполюсник 1, выполненный в виде усилителя 2 и колебательного контура 3, цепь положительной обратной связи (ПОС) 4, образованную, например, входным резистором 5, первым 6 и вторым 7 резисторами и первым ключом 8, Г-образный делитель 9 напряжения, образованный третьим 10 и четвертым 11 резисторами и вторым ключом 12, дополнительный избирательный че-&-№ . тырехлолюсник 13, выполненный в виде усилителя 14 и колебательного контура 15, охваченный цепью ПОС 16, образованную, например, пятым 17 и шестым 18резисторами и третьим ключом 19, дополнительный Г-образный делитель 20 напряжения, образованный седьмым 21 и восьмым 29 резисторами и четвертым ключом 23, генератор 24 низкой частоты, квадратурный фазовый детектор 25, образованный фазовращателем 26 на 90°. фазовым детектором 27 и амплитудным ограничителем 28, второй усилитель 22 низкой частоты, второй синхронный детектор 30, вторую интегрирующую цепь 31, амплитудный детектор 32, первый усилитель 33 низкой частоты, первый синхронный дтектор 34 и первую интегрирующую цепь 35. Поставленная цель достигается благодаря наличию двух четырехполюсников 1 и 13, цепи ПОС 4 и 16 которых коммутируются противофазно, и двух делителей 9 и 20, сопротивления плеч которых коммутируются также противофазно. 1 ил. М со С о 00 со CJ чэ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)я H 03 J 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4628129/09 (22) 28.12.88 (46) 30.10,91. Бюл. ¹ 40 (72) В,И.Водотовка, Ю.А.Скрипник, Ю.А.Сокурец и И.Ю.Скрипник (53) 621.396.662 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1264311, кл. H 03 J 5/00, 1984. (54) НАСТРАИВАЕ М Ы Й АКТИ В Н Ы Й

ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике.

Цель изобретения — повышение стабильно-. сти полосы пропускания. Настраиваемый активный фильтр содержит избирательный четырехполюсник 1, выполненный в виде усилителя 2 и колебательного контура 3, цепь положительной обратной связи (ПОС)

4, образованную, например, входным резистором 5, первым 6 и вторым 7 резисторами и первым ключом 8, Г-образный делитель 9 напряжения, образованный третьим 10 и четвертым 11 резисторами и вторым ключом 12, дополнительный избирательный че Ж, 1688391 Al тырехполюсник 13, выполненный в виде усилителя 14 и колебательного контура 15, охваченный цепью ПОС 16, образованную, например, пятым 17 и шестым 18резисторами и третьим ключом 19, дополнительный

Г-образный делитель 20 напряжения, образованный седьмым 21 и восьмым 29 резисторами и четвертым ключом 23, генератор

24 низкой частоты, квадратурный фазовый детектор 25, образованный фазовращателем

26 на 90, фазовым детектором 27 и амплитудным ограничителем 28, второй усилитель 22 низкой частоты, второй синхронный детектор

30, вторую интегрирующую цепь 31, амплитудный детектор 32, первый усилитель 33 низкой частоты, первый синхронный д тектор 34 и первую интегрирующую цепь 35.

Поставленная цель достигается благодаря наличию двух четырехполюсников 1 и 13, цепи

ПОС 4 и 16 которых коммутируются противофазно, и двух делителей 9 и 20, сопротивления плеч которых коммутируются также противофазко. 1 ил, Г l

1688391

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повы шения точности селективных микровольтметров, анализаторов спектра и гармоник, фазометров, измерителей отношений переменных напряжений и преобразователей малых значений физических величин в электрический сигнал, Цель изобретения — повышение стабильности полосы пропускания, На чертеже представлена структурная электрическая схема настраиваемого активного фильтра, Настраиваемый активный фильтр содержит избирательный четырехполюсник 1, выполненный в виде усилителя 2 и колебательного контура 3, цепь положительной обратной связи (ПОС) 4, образованную, например, входным резистором 5 первым и вторым резисторами 6 v„: 7 и первым ключом

8, Г-образный делитель 9 напряжения, образованный третьим и четвертым резисторами 10 и 11 и вторым ключом 12, дополнительный избирательный четырехполюсник 13, выполненный в виде усилителя 14 и колебательного контура 15, охваченный цепью IIOC 16, образованную, например, пятым и шестым резисторами.17 и 18 и третьим ключом 19, дополнительный

Г-образный делитель 20 напряжения, образованный седьмым и восьмым резисторами

21 и 22 и четвертым ключом 23, генератор

24 низкой частоты, квадратурный фазовый детектор 25, образованный фазовращателем 26 на 90 „фазовым детектором 27 и амплитудным сграничителем 28, второй усилитель 29 низких частот, второй синхронный детектор 30, вторую интегрирующую цепь 31, амплитудный детектор 32, первый усилитель 33 низкой частоты, первый синхронный детектор 34 и первую интегрирующую цепь 25.

Настраиваемый активный фильтр работает следующим образом, Высокочастотный сигнал избирательно усиливается избирательным четырехполюсником 1, проходит через Г-образный делитель 9 напряжения на вход избирательного четырехполюсника I3 {идентичного по своим параметрам первому) и после дополнительного усиления через дополнительный

Г-образный делитель 20 напряжения проходит на выход. При этом резисторы 7, 21 и

10, 18 попарно периодически закорачиваются ключами 8, 23 и 12, 19, работающими в противофазе. Автоматическая работа ключей 8, 23 и 12, 19 обеспечивается противофаэными сигналами генератора 24, Первый ключ 8, закорачивая первый резистор 7, увеличивает глубину ПОС. Одновременно с этим размыкание второго ключа 12 включает третий резистор 10, что уменьшает коэффициент передачи Г-образного делителя 9 напряжения. При таком по5 ложении ключей коэффициент передачи цепи ПОС 4

R1

jg = „()

Ф где R> и Rz — сопротивления входного 5 и первого 6 резисторов соответственно, а коэффициент передачи Г-образного делителя

9 напряжения

15 (2)

R4+Rg где R4 и Rs — сопротивления третьего 10 и

20 четвертого 11 резисторов соответственно.

Коэффициент передачи избирательного четырехполюсника 1 при настроенном колебательном контуре 3 получим из уравнений (1), (2).

K) prr1 Ко

Ро1Ко

30 (3) где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 2 избирательного четырехполюсника 1. Состояние ключей цепи ПОС 1,6и дополнительного Г-образного делителя 20 напряжения противофазно. Третий ключ 19, включая шестой резистор 18, уменьшает глубину

ПОС, а эакорачивание седьмого резистора

21 четвертым ключом 23 увеличивает коэффициент передачи дополнительного Г-об„0 разного делителя 20 напряжения. При этом положении ключей коэффициент передачи цепи ПОС 16

Rв 5+ R6+ R7 где йв и Ят — сопротивление пятого 17 и шестого 18 резисторов соответственно, а коэффициент передачи дополнительного Г50 образного делителя 20 напряжения (5)

Коэффициент передачи дополнительного

55 избирательного четырехполюсника 13

К =Pl

1 ро2 l4 (6) 1688391 т.е, должно выполняться условие К =- К (15). Однако под действием дестабилизирующих факторов изменяется коэффициент усиления Ко и нарушается условие (15), 5 вследствие чего в выходном напряжении активного фильтра появляется амплитудная модуляция. Для исключения амплитудной модуляции служит цепь, состоящая из последовательно соединенных амплитудного

10 детектора 32, первого усилителя 33 низкой частоты, первого синхронного детектора 34 и первой интегрирующей цепи 35. Амплитудным детектором 32 из выходногосигнала выделяется низкочастотное напряжение, 15 пропорциональное разности коэффициентов передачи К и К, Это напряжение усиливается первым усилителем 33 низкой частоты и детектируется первым синхронным детектором 34. Выделенное напряже20 ние изменяет выходное напряжение первой интегрирующей цепи 35 до тех пор, пока коэффициент усиления усилителя 2 не принимает значения Ко, которое определяется исходя из условия (15).T.е, учитывая (7), (14)

К! =К1. К = 5 =1 (9) K(ри Ко

1 -фЬ Ко (10) 30

35 Учитывая, что избирательные четырехполюсники 1 и 13 идентичны, т.е. R2 = R6, R3

= Rz, R4 = йз, получаем дц Rg

R8 + 9 (12) 40

45 (1 У

Результирующий коэффициент переда- 50 чи активного фильтра во втором такте к" = к к3

55 (И) При непрерывной работе генератора 24 состояние ключей 8, 12, 19 и 23 периодичесВИ изменяется, но коэффициент усиления активного фильтра не должен изменяться, При этом результирующий коэффициент передачи активного фильтра

После изменения состояния ключей 8, 12, 19 и 23 (второй 12 и третий 19 ключи замкнуты, а первый 8 и четвертый 23 разомкнуты) коэффициент передачи цепи ПОС 4,ф1 = + +, (8) где йз — сопротивление второго резистора

7. Коэффициент передачи Г-образного делителя 9 напряжения

Коэффициент передачи избирательного четырехполюсника 1

Коэффициент передачи цепи ПОС 16 5 5+ 6 (11)

Коэффициент передачи дополнительного Г-образного делителя 20 напряжения где Ra u Rg — сопротивления седьмого 21 и восьмого 22 резисторов. Коэффициент передачи дополнительного избирательного четырехполюсника 13

При этом амплитудная модуляция в выходном сигнале фильтра полностью подавляется, а его результирующий коэффициент передачи принимает стабильное значение, задаваемое калибровочными резисторами, который можно определить подставив полученные из уравнения (17) значения КО в одно иэ уравнений (7), (14).

При настройке одного из избирательных четырехполюсников 1, 13 возникает фазовый сдвиг между их входным и выходным напряжениями. Учитывая идентичность четырехполюсников

1688391

Uq< = S cos(90 - hp ) =- S sin h,pI (21) до значения

Uq> = 3 cos(90 - ЛуУ ) = S з!пуф (22) Р1 =p2 ==arctg Q1 (18) !,!? g + !. г

g h LR! В2)

= с!!-с

Ф

,-, .(а 1! - )

20 значения: .,?!,?, ?Ь. R ??т . ??р?, .?5 р, + р р { p -)";!+ агфа g ) Uq2 = S cos(90 + Ap ) =- S sinkp (23) ! 2!! = Я cosI900+ hpï) = =S slnh pII (24) = гQ ß ГГ„+юг+ В,) = aICkq

R ??:?,,-?.,? к„Д а!2!-??!

40! о?с??! ? "? ??!?у;, ??,--??,;??? -I? ??*s!-?? где Q — эквивалентная добротность избирательных четырехполюсников 1, 13, 5 — расстройка, mo и в — часй) Щ тата соответственно нас.гройки цепи и частота усиливаемого напряжения. Под действием ПОС фазовый угол, вносимый 10 расстроенными избирательными участками четырехпалюсниками изменяется пропорционально глубине ПОС, При замкнутом первом 8 и разомкнутом третьем 19 ключах фазовый сдвиг будет 15 а при противоположн?зм положении клк)чей: 30

Скачки фазы Ag" и Лф тем интенсив- 45 нее, чем больше расстройка избирательных четырехполюсников, При непрерывной рабате генератора 24 состояние ключей 8 и 19 периодически изменяется, что вызывает появление фаэовой модуляции. Для ее устранения применена цепь: квадратурный фазовый детектор 25, второй усилитель 29 низкой частоты, второй синхронный детектор 30, вторая интегрирующая цепь 31, В результате фаэовсй модуляции выходное напряжение квадратурнаго фазового детектора 25 периодически изменяется от значения где Я вЂ” чувствительность квадратурнаго фазового детектора 25. Переменная составляющая напряжения, выделенного квадратурным фазовым детектором 25, усиливается вторым усилителем 29 низкой частоты и выделяется вторым синхронным детектором 31, Полярность выделенного напряжения определяется фазой низкочастотного напряжения на выходе квадратурнага фазового детектора 25 относительно фазы напряжения генератора 24, При изменении знака расстройки избирательных четырехполюсникав 1 и 13 выходные напряжения квадратурнага фазового детектора 25 принимают отрицательные

Фаза низкочастотного напряжения, усиленного вторым усилителем 29 низкой частоты, изменяется в этом случае на 180, что изменяет полярность выделенного вторым синхронным детектором 30 напряжения на противоположную. Зто напряжен?ие сооТ ветствующей полярности фильтруется второй интегрирующей цепью 31, которая своим выходным напряжением управляет частотой настройки колебательного контура 3 избирательного четырехполюсника 1, например, с помощью варикапа. При работе настраиваемого активного фильтра происходит периодическая перестройка колебательного контура 3 избирательного четырехполюсника 1 с частотой переключения кл ачей 8 и 12, Зто приводит к периодическому изменению добротности избирательного четырехполюсника 1 и, как следствие, к изменению полосы пропускания активнага фильтра. При этом добротность избирательного четырехполюсника 1 изменяется ат Q = О(25) при настройке колебательного контура 2 в резонанс до Q >=

II

=Q -ЛQ(26), гдето Q -изменение добротности контура 3 при расстройке. Зто явление устраняется цепью из последовательно соединенных дополнительного избиратель1688391

fo

2 Оэкв (32) ного четырехполюсника 23, охваченного цепью ПОС 16 и дополнительного Г-образного делителя 20 напряжения с параметрами, идентичными параметрам избирательного четырехполюсника 1, охваченного цепью ПОС 4 и Г-образного делителя 9 напряжения. Состояния ключей 8 и 19, а также ключей 12 и 23 противофазны за счет подключения к различным выходам генератора 24. При таком включении ключей

8, 19, 12 и 23 добротность дополнительного избирательного четырехполюсника 13 будет

Qz = Q ЬО1 (27) и Ог"= О, (28) а эквивалентная добротность активного фильтра при исходном положении ключей

8, 19, 12, 23

Оэкв = Q О2 = Q(Q ЛО), (29) а при противофазном положении ключей

О,к" = О1" О2"=(О- Л Q) Q . (30) Иэ уравнений (29), (30) видно. что величина эквивалентной добротности

Оэкв = Оэкв = соп$1

l (31) постоянная и не зависит от состояния ключей 8, 19, 12 и 23. Поскольку полоса пропускания активного фильтра и добротность связаны соотношением где h, f — полоса пропускания активного фильтра; fo — частота обрабатываемого сигнала, то и полоса пропускания настраиваемого активного фильтра в процессе работы остается постоянной.

Формула изобретения

Настраиваемый активный фильтр, содержащий избирательный четырехполюсник, охваченный цепью положительной обратной связи с управляемой глубиной, последовательно соединенные амплитудный детектор, первый усилитель низкой частоты, первый синхронный детектор и первую интегрирующую цепи, выход кото5

55 рой подключен к входу управления коэффициентом передачи избирательного четырехполюсника, последовательно соединенные квадратурный фазовый детектор, один вход которого подключен к входу избирательного четырехполюсника, второй усилитель низкой частоты, второй синхронный детектор и вторую интегрирующую цепь, выход которой подключен к входу управления частотой избирательного четырехполюсника, подключенный к выходу избирательного четырехполюсника Г-образный делитель напряжения, сопротивление продольного плеча которого управляется, а также генератор низкой частоты, при этом вход управления цепи положительной обратной связи с управляемой глубиной и управляющий вход

Г-образного делителя напряжения подключены к выходам противофазных сигналов генератора низкой частоты, избирательный четырехполюсник выполнен в виде последовательно соединенных усилителя и колебательного контура, а входы управления коэффициентом передачи усилителя и вход управления, частотой колебательного контура являются соответственно входами управления коэффициентом передачи и частотой избирательного четырехполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности полосы пропускания, к отводу Г-образного делителя напряжения подключены последовательно соединенные дополнительный избирательный четырехполюсник, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя и колебательного контура и охваченный цепью положительной обратной связи с управляемой глубиной, и дополнительный Г-образный делитель напряжения, к отводу которого подключен вход амплитудного детектора и другой вход квадратурного фазового детектора, причем управляющий вход дополнительного Г-образного делителя напряжения соединен с входом управления цепи положительной обратной связи избирательного четырехполюсника, вход управления цепи положительной обратной связи дополнительного избирательного четырехполюсника соединен с управляющим входом Г-образного делителя напряжения, а опорные входы первого и второго синхронных детекторов подключены к выходам противофазных сигналов генератора низкой частоты.