Активный rc-фильтр

 

Использование: в радиотехнике, в качестве фильтра нижних и верхних частот. Сущность изобретения: активный RC-фильтр содержит предварительный усилитель 1, состоящий из конденсаторов 2 и 3, резисторов 4, 5 и транзистора 6, амплитудный ограничитель 7, состоящий из диодов 8, 9 и конденсатора 10, операционного усилителя 11, импульсный усилитель 19, состоящий из транзисторов 20, 26, 27, резисторов 21, 22, 25, конденсаторов 23, 28 и диода 24, и обходной канал 29, состоящий из эмиттерного повторителя 30 и фазоинверсного усилителя 37. Применение фильтра обеспечивает неискаженную передачу синусоидального сигнала в полосе пропускания и подавление с крутизной более 120 ДБ на октаву за частотой среза. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве фильтра нижних, верхних частот, а также полосового и режекторного фильтров в приемоусилительных устройствах.

Известны активные RC-фильтры Бесселя, Баттерворта, Чебышева и другие, содержащие частотоопределяющие RC-элементы и операционный усилитель. Недостатками известных устройств являются неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания, пологий спад характеристики за частотой среза и нелинейные искажения, возрастающие с увеличением порядка фильтра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является активный RC-фильтр, содержащий операционные усилители, RC-элементы и обходной канал с сумматором. Недостаток устройства заключается в том, что он не обеспечивает равномерной характеристики в полосе пропускания и крутого спада за частотой среза, что отражается на недостаточном качестве обработки сигнала.

Целью изобретения является улучшение качества обработки сигнала путем формирования прямоугольной характеристики.

Достигается это тем, что в известный RC-фильтр, содержащий RC-элементы, обходной канал с эмиттерным повторителем и фазоинверсным усилителем, дополнительно введены предварительный усилитель, амплитудный ограничитель и усилитель импульсов с регулируемым порогом срабатывания, предварительный усилитель, амплитудный ограничитель и усилитель импульсов с регулируемым порогом срабатывания.

Предварительное преобразование частоты в последовательность импульсов с их дальнейшим воздействием на усиление эмиттерного повторителя и фазоинверсного усилителя обходного канала обеспечивает их ключевой режим работы и тем самым достижение цели изобретения.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства; на фиг.2а и 2б формы сигнала на амплитудном ограничителе и выходе операционного усилителя соответственно; на фиг.2в амплитудно-частотная характеристика всего устройства.

Устройство содержит предварительный усилитель 1, состоящий из первого конденсатора 2, второго конденсатора 3, первого резистора 4, второго резистора 5 и первого n-p-n-транзистора 6; амплитудный ограничитель 7, состоящий из первого диода 8, второго диода 9 и третьего конденсатора 10; RC-фильтр 11, состоящий из третьего резистора 12, четвертого резистора 13, пятого резистора 14, шестого резистора 15, четвертого конденсатора 16, пятого конденсатора 17 и операционного усилителя 18; импульсный усилитель 19, состоящий из второго n-p-n-транзистора 20, седьмого резистора 21, восьмого подстроечного резистора 22, шестого конденсатора 23, третьего диода 24, девятого резистора 25, третьего n-p-n-транзистора 26, четвертого p-n-p-транзистора 27 и седьмого конденсатора 28; обходной канал 29, включающий в себя эмиттерный повторитель 30, состоящий из восьмого конденсатора 31, десятого резистора 32, одиннадцатого резистора 33, двенадцатого резистора 34, тринадцатого резистора 35 и пятого n-p-n-транзистора 36; фазоинверсный усилитель 37, состоящий из девятого конденсатора 38, четырнадцатого резистора 39, пятнадцатого резистора 40, шестнадцатого резистора 41, cемнадцатого резиcтора 42 и шестого n-p-n-транзистора 43.

Устройство работает следующим образом. Поступающий на вход сигнал усиливается n-p-n-транзистором 6, работающим в режиме класса А, затем стабилизируется по уровню 0,5 В на амплитудном ограничителе 7 для уменьшения влияния амплитуды сигнала на характеристику всего устройства. На выходе сигнал имеет вид, показанный на фиг.2,а. Далее сигнал проходит через RC-элементы фильтра 11, формирующих требуемую амплитудно-частотную характеристику. Коэффициент усиления операционного усилителя 18 выбирается таким, чтобы обеспечить его работу в режиме максимального усиления и ограничения сигнала. На выходе усилителя 18 сигнал представляет собой последовательность импульсов с частотой входного сигнала и амплитудой, равной в полосе пропускания уровням ограниченного сигнала (см. фиг.2,б). Выход усилителя 18 непосредственно связан с базой n-p-n-транзистора 20 усилителя импульсов 19. Эмиттер транзистора 20 соединен со средним выводом подстроечного резистора 22, позволяющего регулировать порог срабатывания транзистора 20 и тем самым изменять частоту среза амплитудно-частотной характеристики всего устройства. Таким образом транзистор 20 пропускает импульсы до тех пор, пока амплитуда импульсов на базе превосходит напряжение на эмиттере.

На выходе усилителя импульсов 19 импульсы сглаживаются конденсатором 28 и получившееся постоянное напряжение высокого уровня используется для управления через резисторы 32 и 39 транзисторами 36 и 43 соответственно. При спаде характеристики и уменьшении амплитуды импульсов транзистор 20 закрывается, напряжение на выходе усилителя 19 снижается до нуля и транзисторы 36 и 43 закрываются. Характеристика имеет вид показанный на фиг.2,в.

База транзистора 36 через конденсатор 31 соединена с входом всего устройства. Эмиттер и коллектор транзистора 43 являются выходами устройства и позволяют получить два сигнала, равные по амплитуде входному сигналу, но сдвинутые один относительно другого на 180^о, что позволяет расширить область применения устройства. Для обеспечения коэффициента усиления устройства равным единице сопротивления резисторов 33, 35, 40, 42 должны быть одинаковыми. Подавление сигнала за частотой среза составляет более 120 дБ и определяется как отношение амплитуды входного сигнала к амплитуде выходного при закрытых транзисторах 36 и 43. Коэффициент прямоугольности по этим уровням составляет 1.05 при использовании RC-фильтра 11 второго порядка. Коэффициент передачи устройства в полосе пропускания равен единице.

При выполнении устройства в виде фильтра верхних частот, полосового или режекторного амплитудно-частотная характеристика изменяется в соответствии c выполненным фильтром. В устройстве использованы диоды типа КД503, транзисторы КТ342, КТ347, операционный усилитель К140УД7.

Экспериментальная проверка предполагаемого устройства, проведенная в лаборатории моделирования Воронежского ОКБА, показала, что характеристика устройства соответствует прямоугольной, обеспечивая неискаженную передачу синусоидального сигнала в полосе пропускания и подавление с крутизной более 120 дБ на октаву за частотой среза.

Формула изобретения

1. АКТИВНЫЙ RC-ФИЛЬТР, содержащий RC-фильтр, состоящий из операционного усилителя, третьего шестого резисторов, и обходной канал, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества обработки сигнала, в него введены клемма для подключения источника питания, предварительный усилитель, состоящий из первого и второго конденсаторов, первого и второго резисторов и первого транзистора, амплитудный ограничитель, состоящий из первого и второго диодов и третьего конденсатора, импульсный усилитель, состоящий из второго четвертого транзисторов, седьмого девятого резисторов, шестого и седьмого конденсаторов и третьего диода, анод которого соединен с общей шиной, вход активного RC-фильтра соединен с первым входом обходного канала и первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с коллектором первого транзистора, вторыми выводами первого резистора и второго конденсатора, первый вывод которого соединен с катодом первого диода, анодом второго диода и через последовательно соединенные третий конденсатор и третий резистор с первым выводом четвертого конденсатора и вторыми выводами четвертого и пятого резисторов, первые выводы которых соединены соответственно с первым и вторым выводами пятого конденсатора и соответственно с выходом и первым входом операционного усилителя, второй вход которого через шестой резистор соединен с общей шиной, а выход с базой второго транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом седьмого резистора и через шестой конденсатор с катодом третьего диода и базой третьего транзистора, коллектор которого соединен с базой четвертого транзистора и через девятый резистор с первым выводом восьмого резистора, эмиттером четвертого транзистора, первыми выводами четвертого и седьмого резисторов, третьим и пятым входами обходного канала и клеммой для подключения источника питания, коллектор четвертого транзистора соединен с вторым и четвертым входами обходного канала и через седьмой конденсатор с общей шиной, эмиттер второго транзистора соединен со средним выводом восьмого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, эмиттеры первого и третьего транзисторов, аноды первого и третьего диодов, катод второго диода и второй вывод четвертого конденсатора соединены с общей шиной, первый и второй выходы обходного канала являются соответствующими выходами активного RC-фильтра.

2. RC-фильтр по п. 1, отличающийся тем, что обходной канал содержит эмиттерный повторитель, состоящий из восьмого конденсатора, десятого - тринадцатого резисторов и пятого транзистора, и фазоинверсный усилитель, состоящий из девятого конденсатора, четырнадцатого семнадцатого резисторов и шестого транзистора, коллектор и эмиттер которого являются соответственно первым и вторым выходами обходного канала, первый вход которого соединен через восьмой конденсатор с первыми выводами десятого и двенадцатого резисторов и базой пятого транзистора, эмиттер которого соединен с первыми выводами тринадцатого, четырнадцатого и шестнадцатого резисторов и базой шестого транзистора, коллектор и эмиттер которого соответственно через пятнадцатый и семнадцатый резисторы соединены с пятым входом обходного канала и общей шиной, коллектор пятого транзистора через одиннадцатый резистор соединен с третьим входом обходного канала, второй и четвертый входы которого соединены соответственно с вторыми выводами десятого и четырнадцатого резисторов, вторые выводы двенадцатого, тринадцатого и шестнадцатого резисторов соединены с общей шиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2