Фильтр с регулируемой полосой пропускания

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных узлах радиоэлектронных устройств . Цель изобретения - расширение диапазона регулировки полосы пропускания фильтра без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, повышение стабильности коэффициента передачи и добротности, повышение стабильности ценfood тральной частоты фильтра. Фильтре регулируемой полосой пропускания содержит частотно-мзбирятельный трехполюсник 1, первую, вторую и третью комплексные проводимости 2,3 и 4. операционный усилитель 5, четвертую комплексную проводимость 6, первый, второй и третий резисторы 7,8 и 9, Т-образный делитель 10, четвертый и пятый резисторы 11 и 12, управляемую проводимость 13, первый и второй буферные каскады . Работа фильтра с регулируемой полосой пропускания основана на том, что благодаря целым ООС формируется передаточная функция второго порядка и регулируемая проводимость 13 осуществляет одновременно регулировку добротности и коэффициента передачи, так что на центральной частоте фильтра коэффициент передачи фильтра остается неизменным. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. Ъ СО ел 00 XI Рмг /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (!!) {н)ю Н 03 Н 11/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

"Щ

Ьа

1ю

МФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730351/09 (22) 15.08.89 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (72) Е. И. Куфлевский и В. Д, Гура (56) Авторское свидетельство СССР

N 785954, кл. Н 03 Н 7/01, 1978. (54) ФИЛЬТР С РЕГУЛИРУЕМОЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных узлах радиоэлектронных устройств. Цель изобретения — расширение диапазона регулировки полосы пропускания фильтра беэ изменения коэффициента передачи на центральной частоте. повышение стабильности коэффициента передачи и добротности, повышение стабильности центральной частоты фильтра. Фильтр с регулируемой полосой пропускания содержит частотно-избирательный трехполюсник 1, первую, вторую и третью комплексные проводимости 2, 3 и 4. операционный усилитель

5, четвертую комплексную проводимость 5, первый, второй и третий резисторы 7, 8 и 9, Т-образный делитель 10, четвертый и пятый резисторы 11 и 12, управляемую проводи- мость 13, первый и второй буферные каскады. Работа фильтра с регулируемой полосой пропускания основана на том, что благодаря целым ООС формируется передаточная функция второго порядка и регулируемая проводимость 13 осуществляет одновременно регулировку добротности и коэффициента передачи. так что на центральной частоте фильтра коэффициент передачи фильтра остается неизменным. 3 з.п. ф-лы, 2 ил, г

1753587

15 (2) 20

30

40

50

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для построения частотно-избирательных узлов различных радиоэлектронных устройств.

Цель изобретения — расширение диапазона регулировки полосы пропускания фильтра без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, повышение стабильности коэффициента передачи и добротности, повышение стабильности цент ральной частоты фильтра.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема фильтра с регулируемой полосой пропускания, Фильт р с регулируемой полосой пропускания содержит част этно-избирательный трехполюсник 1, состоящий из первой 2, второй 3 комплексных и третьей 4 проводимостей, операционный усилитель (ОУ) 5, четвертую проводимость 6, первый, второй и третйй резисторы 7, 8 и 9, Т-образный делитель 1О напряжения, включающий в себя резисторы 11 и 12 и управляемую проводимость 13, Фильтр с регулируемой полосой пропускания работает следующим образом, Входной сигнал через делитель, образованный резистором 11 и выходным сопротивлением управляемой проводимости 13, поступает на третий вывод трехполюсника

1 и через третью проводимость 4 и вторую комплексНую проводимость 3 — на инвертирующий вход ОУ 5, охваченного тремя обратными связями; первой — отрицательной, замыкаемой через последовательно включенные первую и вторую комплексные проводимости 2 и 3, а также через резистор 7 и четвертую проводимость 6, второй — положительной, замыкаемой через резисторы 8 и 9, третьей (дополнительной) — отрицательной, замыкаемой через резистор 12, третью проводимость 4 и вторую комплексную проводимость.

Благодаря взаимодействию перечисленных обратных связей на выходе ОУ, совпадающем с выходом фильтра, реализуется передаточная функция полосового звена второго пордяка: (р)

Р + Рвр бр+в где вр — центральная частота;

dp = 1/Π— затухание полюса звена;

М = К(вр) — масштабный коэффициент, т.е. коэффициент передачи звена на центральной частоте.

Для наиболее важного частного случая, когда комплексные проводимости У2 = -j в Cz, Уз = j в Сз — емкостные, а проводимости Уд = 1/Rp и Ув = 1/Яе — резистивные, частота вр получается ниже собственной частоты пассивной частотозадающей RCцепи (вр 1): вр = BNp —

1 1

6 °,7, %Щс;с; где В*4 = R4+ R, причем R включает в себя выходное сопротивление В1з управляемой проводимости

13:

R<= В11 1 I R1z I! Й 1з (3)

3 атуха ние (или добротность) пол юса описывается выражением

1 1/гп Rg ор бо+к (1 + + ), (4) где полагается

Cz = Сз; m =; к = — -, (5)

Rs R

R12 а под do понимается затухание полюса известной схемы, у которой отсутствует дополнительная обратная связь (Ва = оа);

do= (1 — — — ). (6)

1 ITl R9

Онач 2 R8

Здесь Онач — добротность базового потенциально устойчивого звена без второй (положительной1обратной связи (Rg = О):

1 йп

Q Qнач— Р)

Выражение масштабного коэффициента в формуле (1) приводится к виду

M (1 — до0)! о=о =, (8) где допущение d< = О физически интерпретируется как точный баланс первых двух обратных связей на центральной частоте, чему согласно формуле (6) соответствует легко выполнимое условие Rg/Rs = 2/m.

Следовательно, выбранный произвольным образом масштабный коэффициент при d< = О не будет зависеть от выходного сопротивления управляемой проводимости, с помощью которой можно изменять ширину полосы пропускания теоретически в сколь угодно широких пределах, поскольку при R 1з - О R, к - О, а 0 - e> (3 — 6).

В случае разрыва дополнительной обратной связи (R12 - со) получается известная схема полосового звена с дополнительным делителем на входе, у которого М выражается формулой

М=. + (0(20нач+a ) "1 (9) т.е, масштабный коэффициент меняется примерно пропорционально О.

Сопоставление формулы (9) с (8) и (4 — 6) подтверждает существенное преимущество фильтра с регулируемой полосой пропускания перед известной схемой. где для пол1753587 учения аналогичного эффекта постоянства

M при регулировке полосы (резисторами 8 или 9) необходимо синхронно и по другому закону регулировать также резистор 11 илиуправляемую проводимость 13, величина

° которой в известной схеме на добротность практически не влияет.

Основное практическое ограничение на степень сужения полосы пропускания (роста добротности) фильтра (при R>g -0) накладывает ухудшение стабильности характеристик вследствие повышения эле-, ментной чувствительности добротности по мере возрастания О:

S нб,Р4 — (l 2) S .2,сз — 2 (fj 1) (10) где = Q/Qíà÷ — коэффициент регенерации.

Следовательно, при заданной полосе пропускания для повышения стабильности характеристик необходимо уменьшать у за счет ","еличения Онач, При неизменных параметрах пассивной RC-подсхемы (m, В), выбираемых с учетом требований Ilo,÷àñòoòíûì и шумовым свойствам фильтра, двукратное увеличение Онвн достигается введением в трехполюсник 1 первого буферного каскада

14 (фиг, 2а).

Для фильтра с регулируемой полосой пропускания, содержащего трехполюсник с первым буферным каскадом, Онач и бо 8blp3 жаются соответственно формулам (7) и (6), в которых коэффициент 1/2 заменяется на единицу. Таким образом, согласно формуле (10) при О»1 примерно в два раза уменьшается элементная чувствительность добротности и соответственно повышается .стабильность характеристик узкополосного фильтра, Второе ограничение при широкодиапазонной регулировке полосы пропускания связано со смещением центральной частоты за счет изменения выходного сопротивления управляемой проводимости, входящего в Rz и R*4 (2) и (3), Это влияние незначительно, если R «Ra, а практически полностью устраняется независимо от соотношения между и и R4 путем введения в трехполюсник 1 второго буферного каскада

15 (фиг. 2б).

При этом оба упомянутых буферных каскада обеспечивают положительный эффект независимо друг от друга и могут использоваться как совместно, так и каждый в отдельности, Введение буферного каскада 15 особенно полезно для случая дуальной схемы частотоэадающей RC-цепи, в которой проводимости 2 и 3 — резистивные, а 4 и 6— емкостные, Такая схема описывается формулами, аналогичными приведенйым, если положить

RZ = ВЗ; и) = Уб/Y4 = С4/Сб, 5 а также учесть, что частота ор получается выше врц, т.е. в = — "в- = > + в дь > 1, шрц причем в формулах (4) и (7) В заменяется на

10 1/В.

С физической точки зрения расширение диапазона регулировки полосы пропускания без изменения коэффициента передачи на центральной частоте объясняется тем, 15 что управляемая проводимость 13, выполняющая функцию регулирующего элемента, входит совместно с резистором 11 в контур делителя напряжения входного сигнала и одновременно совместно с резистором 12—

20 в контур делителя цепи дополнительной обратной связи, При сбалансированности на центральной частоте всех остальных обратных связей, охватывающих ОУ 5, приращение коэффициента передачи входного

25 делителя, вызванное изменением управляемой проводимости 13, компенсируется приращением коэффициента передачи ОУ 5 с инвертирующего входа на выход.

Введение в частотно-избирательный

30 трехполюсник 1 первого буферного каскада

14 приводит к увеличению собственной добротности частотозадающей RC-цепи, состоящей из проводимостей 2, 3, 4 и 6, благодаря исключению эффекта шунтирова35 ния цепи из проводимостей 2 и 4 входным сопротивлением цепи из проводимостей 3 и

6, Вследствие этого снижается необходимое усиление по петле обратной связи и соответственно — элементные чувствитель40 ности добротности, что при заданной ее величине позволяет повысить стабильность характеристик фильтра с регулируемой полосой пропускания и повысить его добротность при заданной нестабильности.

45 При регулировке полосы пропускания фильтра с помощью управляемой проводимости 13 изменяется выходное сопротивление Т-образного делителя 10 напряжения, состоящего из резисторов 11 и 12 и управ50 ляемой просодимости 13. Это сопротивление включено последовательно с частотозадающим элементом- третьей проводимостью 4 частотно-избирательного трехполюсника 1, и в случае соизмеримости

55 их величин центральная частота будет заметно смещаться при регулировке полосы в широком диапазоне. Введение второго буферного каскада 15, развязывающего выход

Т-образного делителя 10 и частотно-избира1753587 тельный трехполюсник 1, практически полностью устраняет этот, как правило, нежелательный эффект.

Формула изобретения

1. Фильтр с регулируемой полосой пропускания, содержащий частотно-избирательный трехполюсник, состоящий из трех комплексных проводимостей, первые выводы первой и второй из которых являются соответственно первым и вторым выводамй частотно-избирательного трехполюсника, второй вывод частотно-избирательного трехполюсника соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с первыми выводами частотно-избирательного трехполюсника и первого резистора, второй вывод которого соединен с перывми выводами второго резистора и четвертой комплексной проводимости, второй вывод которой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, первый вывод третьего резистора соединен с общей шиной. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулировки полосы пропускания без изменения коэффициента передачи на центральной частоте, введен

Т-образный делитель напряжения, состоящий из последовательно включенных четвертого и пятого резисторов и управляемой проводимости, первый вывод которой соединен с точкой соединения четвертого и пятого резисторов и с третьим выводом частотно-избирательного трехполюсника, а

5 второй вывод — с общей шиной, первый вывод четвертого резистора является входом фильтра с регулируемой полосой пропускания, а первый вывод пятого резистора соединен с выходом операционного усилителя.

10 2. Фильтр по и. 1, отличающийся тем, что втоыре выводы трех комплексных проводимостей частотно-избирательного трехполюсника соединены между собой, а их первые выводы являются соответственно

15 первым — тертьим выводами частотно-избирательногоо трехполюсника.

3. Фильтр no n. 2, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента передачи и повышения до20 бротности, в частотно-избирательный трехполюсник введен первый буферный каскад, включенный между первой и второй комплексными проводимостями.

4. Фильтр по и. 2, отличающийся

25 тем, что, с целью повышения стабильности центральной частоты фильтра, в частотноизбирательный трехполюсник введен второй буферный каскад, включенный между третьей комплексной проводимостью и

30 третьим выводом частотно-избирательного трехпол юсн ика.

1753587 а) Е) йы 2

Составитель В.Гура

Техред М,Моргентал Корректор В.Петраш

Редактор М.Бланар

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

Заказ 2774 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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