Перестраиваемый arcs-фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в частотно-избирательных устройствах. Цель изобретения - расширение диапазона перестройки частоты и добротности полюса передаточной функции. Перестраиваемый ARCS-фильтр содержит первый, второй и третий резисторы 1-3, первый операционный усилитель 4, четвертый резистор 5, первый конденсатор 6, пятый и шестой резисторы 7 и 8, первый ключ 9, второй конденсатор 10, второй операционный усилитель 11, второй ключ 12. Работа устройства основана на том, что благодаря переменной коммутации первым и вторым ключами формируется передаточная функция второго порядка. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 03 H 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: (21) 4733015/09 (22) 24.08.89 (461 07.05.92. Бюл. М 17 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (72).IO. И. Иванов и В. П. Тепин (53) 621.372.54(088.8) (56) Капустян В. И. Активные ЙС-фильтры высокого порядка. — M. Радио и связь, 1985, с. 182, рис. 5.27. (54) ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ARCS-ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в частотно-избира„„ „„1732434 А1 тельных устройствах. Цель изобретения— расширение диапазона перестройки частоты и добротности полюса передаточной функции. Перестраиваемый ARCS-фильтр содержит первый, второй и третий резисторы 1-3, первый операционный усилитель 4, четвертый резистор 5. первый конденсатор

6, пятый и шестой резисторы 7 и 8, первый ключ 9, второй конденсатор 10, второй операционный усилитель 11, второй ключ 12.

Работа устройства основана на том, что благодаря переменной коммутации первым и вторым ключами формируется передаточная функция второго порядка. 2 ил, 1732434

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных устройствах, преимущественно в микроэлектронном исполнении.

Известно устройство (фильтр с переключаемыми конденсаторами), содержащее усилитель, выход которого подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный контакт которого подключен через резистор к входам первого и второго устройств выборки-хранения и к первым неподвижным контактам второго и третьего переключателей, второй неподвижный контакт первого переключателя подключен к неинвертирующему входу первого усилителя, выходу первого устройства выборки-хранения, второму неподвижному контакту третьего переключателя и к неинвертирующему входу второго усилителя, второй неподвижный контакт второго переключателя подключен к выходу устройства выборки — хранения, первому инвертирующему входу первого усилителя и инвертирующему входу второго усилителя, между подвижными контактами первого и второго устройств выборки-хранения включен конденсатор, второй инвертирующий вход первого усилителя подключен к входу устройства, а выходом устройства является выход второго устройства выборки-хранения или выход второго усилителя.

Недостатком устройства является взаимосвязь управления добротности, масштаб-. ного коэффициента передачи и частоты полюса.

Известен также полосовой фильтр с переключаемыми конденсаторами, содержащий первый конденсатор, первым выводом подключенный к выходу операционного усилителя, а вторым выводом к второму выводу четвертогО конденсатора и к первому выводу первого ключа, второй конденсатор одним выводом подключенный к общей шине, а вторым к неинвертирующему входу операционного усилителя и к первому выводу второго ключа, третий коммутируемый конденсатор и третий ключ, подключенные между общей шиной и вторыми выводами первого и второго ключей, первый вывод четвертого конденсатора подключен к входу устройства, первый резистор делителя напряжения первым выводом подключен к общей шине, а вторым к неинвертирующему входу операционного усилителя, второй резистор делителя напряжения подключен между выходом и инвертирующим входом усилителя.

Недостатком устройства является взаимосвязь управления добротности и масштабного коэффициента передачи.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является схема звена перестраиваемого многопетлевого фильтра, содержащая первый, второй и третий операционные усилители, первый и второй ключи. первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, первый и второй конденсаторы, первый резистор первым выводом подключен к входу устройства, вторым выводам подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя и к первым выводам первого конденсатора, второго и третьего резисторов, второй резистор и первый конденсатор первыми выводами подключены к выходу первого операционного усилителя и к первому выводу первого ключа. второй вывод которого подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора подключен к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу третьего omepaционного усилителя, второй вывод второго конденсатора подключен к выходу второго операционного усилителя, между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя включен пятый резистор, второй вывод третьего резистора подключен к первому выводу второго ключа, второй вывод первого ключа подключен к выходу третьего операционного усилителя и через шестой резистор к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей, а также инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключены к общей шине.

Недостатком устройства являются взаимосвязь управления добротности и масштабного коэффициента передачи, большая потребляемая мощность (устройство содержит три операционных усилителя), малый диапазон перестройки частоты и добротности полюса.

Целью изобретения являются расширение диапазона перестройки частоты и добротности полюса, Для достижения цели в предлагаемом перестраиваемом ARCS-фильтре, содержащем первый и второй операционные усилители, выход первого операционного усилителя соединен с входом первого ключа, с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, первый вывод первого. резистора является входом перестраиваемого ARCS-фильтра, а второй вывод соединен с первыми выводами второго и третьего резисторов, выход второго операционного усилителя соединен с первым выводом вто1732434

20

35

45

55 р(к 1+ с1 1-2

z r1r2-z (p(1+K)rq(T-r)+2ar — кс1(т-r)-2r1r2)+

«р

+С(т r)+,В(1+K)Ц(Т вЂ” r)+2rс2, рого конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого ключа, первый вывод пятого резистора соединен с первым выводом шестого резистора, второй ключ, причем второй вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго опера° ционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с его выходом, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, а второй вывод второго резистора с выходом первого операционного усилителя и вторым выводом шестого. резистора, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, вход второго ключа соединен с вторим выводом четвертого резистора, а выход соединен с инвертирующим входом первого операци- онного уислителя, управляющие входы первого и второго ключей являются входами для подачи противофазных управляющих сигналов.

Возможность достижения цели изобретения обусловлена следующими выводами: обеспечивается одноэлементная перестройка частоты полюса с помощью изменейия сопротивления четвертого резистора при неизменной добротности и неизменном масштабном коэффициенте передачи; обеспечивается одноэлементная перестройка добротности с помощью изменения сопротивления третьего резистора при неизменной частоте полюса и неизменном масштабном коэффициенте передачи; уменьшается потребляема» мощность за счет исключения одного операционного усилителя; достигается расширение диапазона перестройки частоты и добротности полюса за.счет отказа от управления их с помощью изменения скважности импульсов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема перестраиваемого ARCS-фильтра; на фиг. 2 — временная диаграмма работы ключей.

Устройство содержит первый 1 и в"орой

2 операционные усилители; первы1. ключ 3; 5 первый конденсатрр 4; первый 5, третий 6, второй 7 резисторы; второй конденсатор 8; четвертый 9, пятый 10 и шестой 11 резисторы; второй ключ 12, распределитель 13 импульсов, тактовый генератор 14, Выход первого операционного усилителя 1 соединен с входом первого ключа 3, с первым выводом первого конденсатора 4, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 1, первый вывод первого резистора 5. является входом перестраиваемого

ARCS-фильтра, а второй вывод соединен с первыми выводами второго 7 и третьего 6 резисторов, выход второго операционного усилителя 2 соединен с первым выводом второго конденсатора 8, второй вывод которого соединен с первым выводом четвертого резистора 9, второй вывод которого соединен с выходом первого ключа 3, первый вывод пятого резистора 10 соединен с первым выводом шестого резистора 11, второй ключ 12, причем второй вывод первого резистора 5 соединен с неинвертирующим входом второго опе рацион ного усилителя 2, инвертирующий вход которо1.о соединен с его выходом, второй вывод третьего резистора 6 соединен с общей шиной, а второй вывод второго резистора 7 соединен с выходом первого операционного усилителя 1 и вторым выводом шестого резистора 11, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 1, второй вывод пятого резистора

10 соединен с общей шиной, вход второго ключа 12 соединен с вторым выводом четвертого резистора 9, а выход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 1, управляющие входы первого 3 и второго 12 ключей являются входами для подачи противофазных управляющих сигналов, Устройство работает следующим образом.

Входной гармонический сигнал подается на вход устройства через T-образный резистивный целитель напряжения, состоящий из первого 5, второго 7 и третьего 6 резисторов, второй операционный усилитель 2, RCS-цепь, состоящую из четвертого резистора 9, первого конденсатора 4, второго конденсатора 8, первого ключа 3, второго ключа 12, первый операцион н ый усилител ь 1.

В результате введения положительной обратной связи в первом операционном усилителе 1 через резистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов пятого

10 и шестого 11, а также введения общей отрицательной обратной связи через Т-образный резистивный делитель напряжения, устройство описывается передаточной функцией где к- коэффициент передачи Т-образного резистивного делителя напряжения от вхо1732434 (2) (р)

p + рбрар +и

35 где Np — частота полюса;

dp — затухание полюса;

M — коэффициент передачи на центральной частоте;

40 р — оператор континуального преобразования llanr>sea.

Для определения dp и ар устройства сделаем замену переменных Z, учитывая, что 2.- =е.рт, а е рт представимо рядом

Z1 е 1-pT+„. (3) и ограничиваясь двумя членами разложения, что справедливо при 4» f>, получаем к(1+ к) рт;— +Р ) +к) т+2 T -Kq Tj+1 50

Сопоставляя (4) и (2), находим основные параметры устройства при условии

2Т/ гт1-кТ/ t2 (T — т)=0, которое легко выполняется при г=Т- т; С1=С2; K-2;

d, «P (1 + к) 1- l — P — 1 ф +1) 2. к, С2 1 88 IR2+ 2 3+ )RE (s2 да устройства к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 2.

Ic В2В3/(R2R3+ 1 3+Й1В2)

P — коэффициент передачи Т-образного резистивного делителя напряжения с выхо- 5 да первого операционного усилителя 1 на неинвертирующий вход второго операционного усилителя 2, Р Й1ВЗ/(R1R3+R1R2+Й2ВЗ), К-й5/йб, 10

R1,. R2, Вз, R4, R5, R6 — сопротивления первого 5, второго Т, третьего б, четвертого

9, пятого 10 и шестого 11 резисторов соответственно;

t1 =C1R4 — постоянная времени, образо- 15 ванная первым конденсатором 4 и четвертым резистором 9; т2 =C2R4 — постоянная времени, образованная вторым конденсатором 8 и четвертым резистором 9, 20

2 — оператор дискретного преобразования Лапласа;

Т=1/fs — период коммутации первого 3 и второго 12 ключей (fs — частота коммутации), z - время нахождения за период пер- 25 вого ключа 3 в замкнутом состоянии.

Передаточная функция полосового фильтра второго порядка, при частоте коммутации fs на много выше частоты настройки RCS-цепи fp, определяется выражением

M=R2/R1

Из анализа последних выражений сле-. дует, что частота и добротность полюса могут независимо друг от друга управляться изменением сопротивления R4 четвертого резистора 9 сопротивлением Яз третьего резистора 6 соответственно.

Т Т, Путем выбора, — = -2=const дат — т стигается расширение диапазона перестройки частоты и добротности полюса за счет исключения влияния скважности импульсов на эти параметры.

Таким образом, перестраиваемый

ARCS-фильтр по сравнению с известным устройством имеет больший диапазон перестройки частоты и добротности полюса в

5-10 раз.

Формула изобретен ияь

Перестраиваемый ARCS-фильтр, содержащий первый и второй операционные усилители, выход первого операционного усилителя соединен с входом первого ключа, с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, первый вывод первого резистора является входом перестраиваемого ARCS-фильтра, а второй вывод соединен с первыми выводами второго и третьего резисторов, выход второго операционного усилителя соединен с первым выводом второго конденсатора, BTGpoA вывод которого соединен с. первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого ключа, первый вывод пятого резистора соединен с первым выводом шестого резистора, второй ключ, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки частоты и добротности полюса передаточной функции, второй вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, а второй вывод второго резистора соединен с выходом первого операционного усилителя и вторым выводом шестого резистора, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя,,второй вывод пятого резистора соединен с общей шиной, вход второго ключа соединен с вторым выводом четвертого резистора, а выход соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, управляющие входы первого и второго ключей являются входами для подачи противофазных управляющих сигналов..

1732434

Составитель Ю.Иванов

Техред М.Моргентал Корректор Р.Петрова

Редактор Г.Гербер

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1588 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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