Активный rc-фильтр

 

Использование: в различных устройствах радиотехники, автоматики и телемеханики. Сущность изобретения: расширение частотного диапазона и(или) увеличение подавления сигнала на частоте нуля достигается тем, что в активном RC-фильтре, содержащем последовательно соединенные резистивный делитель напряжения входного сигнала, интегрирующий усилитель на операционном усилителе (OУ) и суммирующий усилитель на ОУ, охваченные цепью отрицательной обратной связи, последовательно соединенные масштабный усилитель на ОУ и конденсатор между соответствующим отводом резистивного делителя напряжения входного сигнала и входом суммирующего усилителя на ОУ, неинвертирующий вход ОУ интегрирующего усилителя соединен с инвертирующим входом ОУ масштабного усилителя. 1 ил.

Предполагаемое изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в различных устройствах радиотехники, автоматики и телемеханики.

Известно среднедобротное звено активного RC-фильтра (Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984, с. 66, рис. 5.14), содержащее операционный усилитель, конденсаторы и резисторы, причем первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к входу устройства, второй вывод первого резистора подключен к первым выводам четвертого резистора и первым выводам первого и второго конденсаторов, вторые выводы первого и второго конденсаторов подключены к выходу и инвертирующему входу операционного усилителя соответственно, между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя подключен пятый резистор, второй вывод третьего резистора подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а к его неинвертирующему входу подключены вторые выводы второго, шестого и седьмого резисторов, первый вывод шестого резистора подключен к выходу операционного усилителя и к выходу устройства, первый вывод седьмого резистора и второй вывод четвертого резистора подключены к общей шине.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются операционный усилитель, резисторы и конденсаторы.

Причины, препятствующие достижению технического результата, заключаются в высокой чувствительности основных параметров устройства к элементам, а также значительном влиянии площади усиления операционного усилителя на реализуемые устройством характеристики в области высоких частот.

Известно высокодобротное звено активного RC-фильтра (Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ.- М.: Мир, 1984, с. 74, рис. 5.21), содержащее операционные усилители, резисторы и конденсаторы, причем инвертирующие входы операционных усилителей объединены и подключены к первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены к выходу второго и первого операционных усилителей соответственно, между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом первого операционного усилителя подключен первый конденсатор, третий резистор и второй конденсатор первыми выводами подключены к входу устройства, а вторыми - к неинвертирующим входам первого и второго операционного усилителей соответственно, четвертый резистор подключен между выходом первого и неинвертирующим входом второго операционных усилителей, а пятый резистор - между неинвертирующим входом второго операционного усилителя и общей шиной, при этом выходом устройства является выход второго операционного усилителя.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются операционные усилители, резисторы и конденсаторы.

Причины, препятствующие достижению технического результата, заключаются в ограниченном частотном диапазоне его работы из-за влияния площадей усиления операционных усилителей.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Активный RC-фильтр второго порядка" (авт. св. СССР N 510776 опубл. 15.04.1976, бюл. N 14), содержащий три операционных усилителя, девять резисторов и два конденсатора, причем первый резистор первым выводом подключен к входу устройства, а его второй вывод - к первым выводам второго и третьего резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первым выводам четвертого и пятого резисторов, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу шестого резистора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод шестого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, первый конденсатор подключен между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, второй конденсатор подключен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а седьмой резистор - между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, к выходу третьего операционного усилителя, являющегося выходом устройства, подключены вторые выводы четвертого и восьмого резисторов, первый вывод восьмого резистора подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу девятого резистора, второй вывод девятого резистора, а также неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей подключены к общей шине.

Признаками устройства-прототипа, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются операционные усилители, резисторы и конденсаторы, причем первый резистор первым выводом подключен к входу устройства, а его второй вывод - к первым выводам второго и третьего резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первым выводам четвертого и пятого резисторов, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу шестого резистора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод шестого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, первый конденсатор подключен между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, второй конденсатор подключен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а седьмой резистор - между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, к выходу третьего операционного усилителя, являющегося выходом устройства, подключены вторые выводы четвертого и восьмого резисторов, первый вывод восьмого резистора подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу девятого резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя и второй вывод девятого резистора подключены к общей шине.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является большое влияние площадей усиления операционного усиления операционных усилителей на затухания нуля реализуемой устройством передаточной функции.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - увеличение подавления сигнала на частоте нуля и (или) увеличение частотного диапазона работы устройства.

Для достижения технического результата в аналоговом RC-фильтре, содержащем операционные усилители, конденсаторы и резисторы, причем первый резистор первым выводом подключен к входу устройства, а его второй вывод - к первым выводам второго и третьего резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первым выводам четвертого и пятого резисторов, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу шестого резистора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод шестого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, первый конденсатор подключен между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, второй конденсатор подключен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а седьмой резистор - между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, к выходу третьего операционного усилителя, являющегося выходом устройства, подключены вторые выводы четвертого и восьмого резисторов, первый вывод восьмого резистора подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу девятого резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя и второй вывод девятого резистора подключены к общей шине, причем неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя.

Изобретение поясняется чертежом, где функциональная схема предлагаемого аналогового RC - фильтра приведена на фиг.1.

Устройство содержит первый резистор 1, первый вывод которого подключен к входу устройства, а его второй вывод - к первым выводам второго 2 и третьего 3 резисторов, второй вывод второго резистора 2 подключен к первым выводам четвертого 4 и пятого 5 резисторов, второй вывод пятого резистора 5 подключен к первому выводу шестого резистора 6 и к инвертирующему входу первого операционного усилителя 7, второй вывод шестого резистора 6 подключен к выходу первого операционного усилителя 7, второй вывод третьего резистора 3 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя 8, первый конденсатор 9 подключен между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя 8, второй конденсатор 10 подключен между выходом первого операционного усилителя 7 и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 11, а седьмой резистор 12 - между выходом второго операционного усилителя 8 и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 11, к выходу третьего операционного усилителя 11, являющегося выходом устройства, подключены вторые выводы четвертого 4 и восьмого 13 резисторов, первый вывод восьмого резистора 13 подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя 11 и к первому выводу девятого резистора 14, неинвертирующий вход первого операционного усилителя 8 и второй вывод девятого резистора 14 подключены к общей шине, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 7 подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя 8.

Аналоговый фильтр работает следующим образом.

Входной гармонический сигнал подается на входной резистивный делитель напряжения, состоящий из первого, второго и четвертого резисторов 1, 2 и 4, а с его выводов - на вход первого масштабного усилителя, состоящего из пятого 5, шестого 6 резисторов и первого операционного усилителя 7, а также на вход интегрирующего усилителя, состоящего из третьего резистора 3, первого конденсатора 9 и второго операционного усилителя 8, с выходов первого масштабирующего усилителя и интегрирующего усилителя сигналы подаются на входы емкостной и резистивной ветви RC-цепи, состоящей из второго конденсатора 10 и седьмого резистора 12, с выхода RC-цепи сигнал подается на вход второго масштабирующего усилителя, состоящего из восьмого, девятого, десятого резисторов и третьего операционного усилителя 11, а с выхода второго масштабирующего усилителя сигнал поступает на выход устройства. Таким образом, образуются три пути прохождения сигнала на выход - через первый масштабирующий усилитель и интегрирующий усилитель, а также через первый масштабирующий усилитель и интегрирующий усилитель.

В результате введения обратных связей с выхода второго масштабирующего усилителя на входы первого масштабирующего усилителя и интегрирующего усилителя устройством реализуется передаточная функция, которая может быть записана в следующем виде где R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 - сопротивления первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого и девятого резисторов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 13, 14 соответственно; C1, C2 - емкости первого и второго конденсаторов 9, 10 соответственно; - коэффициент, показывающий появление соответствующих коэффициентов в передаточной функции за счет действия новой связи (при =1 получаем передаточную функцию для рассматриваемого устройства, а =0 - для устройства-прототипа); 1,2,3 - площади усилителя первого, второго и третьего операционных усилителей 7, 8 и 11 соответственно.

В общем виде передаточная функция звена второго порядка с нулем передачи может быть представлена в виде (см. например, Справочник по расчету и проектированию ARC-схем. Под ред. А.А. Ланнэ.-М.:Радио и связь. 1984) где
M - коэффициент передачи на высокой частоте,
0 - частота нуля,
p - частота полюса,
dp - затухание полюса.

Сравнивая выражения (1) и (2), обнаруживаем, что в передаточной функции (1) имеется дополнительный коэффициент при p из-за влияния конечности площадей усиления операционных усилителей.

Выполнив условие равенства нулю этого коэффициента,

можно при прочих равных условиях расширить частотный диапазон работы устройства или увеличить подавление сигнала на частоте нуля.

В случае применения в устройстве однотипных операционных усилителей (1= 2) выражение (3) можно упростить (=1)
(1+k34)12= 213k34, (4)
или

Для фильтра-прототипа это же условие имеет вид

Из сравнения выражений (5) и (6) следует, что выигрыш в увеличении подавления затухания зависит от отношения 12/13, т.е. от отношения частоты нуля и частоты полюса.

Чем ближе находится частота нуля к частоте полюса, тем заметнее выигрыш, при этом его минимальное значение равно 2.


Формула изобретения

Аналоговый RC-фильтр, содержащий операционные усилители, резисторы и конденсаторы, причем первый резистор первым выводом подключен к входу устройства, а его второй вывод - к первым выводам второго и третьего резисторов, второй вывод второго резистора подключен к первому выводу четвертого и пятого резисторов, второй вывод пятого резистора подключен к первому выводу шестого резистора и к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод шестого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, первый конденсатор подключен между инвертирующим входом и выходом второго операционного усилителя, второй конденсатор подключен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а седьмой резистор - между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, к выходу третьего операционного усилителя, являющегося выходом устройства, подключены вторые выводы четвертого и восьмого резисторов, первый вывод восьмого резистора подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя и к первому выводу девятого резистора, неинвертирующий вход первого операционного усилителя и второй вывод девятого резистора подключены к общей шине, отличающийся тем, что неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах, в том числе микроэлектронных

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аналоговых селективных узлах, выполненных в микроэлектронном исполнении

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в конкретных системах радиолокации и радионавигации

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и м.б

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в микроэлектронных селективных узлах радиоэлектронных устройств

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора профессионального радиоприемного устройства. Технический результат заключается в повышении избирательности и обеспечении возможности перестройки фильтра по частоте. Полосовой перестраиваемый ARC-фильтр содержит первый конденсатор, подключенный к входной потенциальной клемме устройства, второй конденсатор, подключенный к выходной потенциальной клемме устройства, и два идентичных по структуре обобщенных конвертора сопротивлений, каждый из которых содержит первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий резисторы и третий конденсатор, вторые выводы первого и второго конденсаторов соединены с общей шиной, также в устройство дополнительно введены четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый конденсаторы и два электронных потенциометра. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании перестраиваемых полосовых фильтров и селективных четырехполюсников с высокой добротностью. Технический результат заключается в расширении полосы перестройки при сохранении высокой добротности фильтра во всем диапазоне перестройки. В способе используют электрическую цепь, в которой входной радиосигнал, подлежащий фильтрации, преобразуют с помощью гетеродина в первом смесителе в сигнал промежуточной частоты, который затем пропускают через активный селективный четырехполюсник, а затем преобразуют в радиосигнал первоначальной частоты с помощью гетеродина во втором смесителе. 1 ил.
Наверх