Активный рс-фильтр второго порядка с полюсом затухания

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >741416 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву! (22) Заявлено 0606.77 (21) 2495052 18-09 (51) и. к.

И 03 Í 7/10 с присоединением заявки ¹â€”

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 1506.80. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 20 . 06 . 80 (53} УДК621. 372. 57 (088. 8) (72) Авторы изобретения

A„ Г. Попович и Н. Д. Чаплик (71) 3а яв итель

Одесский отдел Центрального научно-исследовательского института связи (54) АКТИВНЫЙ ВС-ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА

С ПОЛЮС01Ф ЗАТУХАНИЯ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в технике связи и измерительной технике, Известен активный RC-фильтр второго порядка с полюсом затухания, со- 5 держащий соединенные последовательно два интегратора, каждый из которых. выполнен на операционном- усилителе, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий вход с .выходом фильтра (1) .

Однако известный активный RC-фильтр имеет сложнукгнастройку,а из-за боль- 15 ших значений резисторов и конденсаторов большие габариты.

Цель изобретения — упрощение настройки на полюс затухания.

Для этого в активном RC-фильтре 20 второго порядка с полюсом затухания, содержащем соединенные последовательно два интегратора, каждый из которых выполнен на операционном усилителе, при этом инвертирующий вход первого операционного усиЛителя соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий вход с выходом фильтра, выход фильтра через дополнительно введенные второй, тре- 30 тий и четвертый резисторы соединен соответственно с входом фильтра, с инвертирующим входам и выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине..

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого RC-фильтра.

Активный RC-фильтр второго порядка содержит два интегратора 1 и 2, первый резистор 3, второй, третий и четвертый резисторы 4, 5, 6. Интегратор 1 состоит иэ операционного усилителя (ОУ) 7, конденсатора 8 и резистора 9; интегратор 2 состоит из операционного усилителя (ОУ) 10, конденсатора 11 и резистора 12.

Активный RC-фильтр второго порядка работает следующим образом.

Работа фильтра для простоты рассматривается отдельно с точки зрения достижения упрощения настройки полюса затухания и с точки зрения достижения упрощения настройки каэф741416 (R4/)(Ы р C(C2R4R2+ 4

Щ Я+1 г ЙЖ6 /МЩ 3(k23

" + .»+ /р С1С2 «+щ Я2+ро1 (ф1+«) 5 + К5)+

R

pz» Ю вых = " + "г + "ъ

R4+ R6

КИЛ = (+ pC R Re ) Следовательно, 40

Т(р) = ц1 ц2. яг (2.4

КЪ вЂ” Р

Ku. Кцг Крг" эх фициента при р из полиномы знаме нателя передаточной функции. где Rl — резистор 9, R2 — резистор

12, RÇ вЂ” резистор 4, R4 — резистор

6, R5 — резистор 5, к6 — резистор 3, С1 — конденсатор 8, С2 — конденсатор 11, р — оператор Лапласа.

Для описания работы устройства с точки зрения достижения упрощения настройки полюса затухания нужно исключить резистор R5.

В таком случае, как следует из схемы фильтра, на его выходе происходи сложение трех сигналов: входного сигнала, который подается на выход фильтра непосредственно через резистор RÇ((), ); входного сигнала, который подается на выход фильтра через последовательно включенные интегратор 1, интегратор 2 и резистор R4(U2) выходного сигнала, который подается на выход фильтра через последовательно включенные интегратор 1, при подаче сигнала на неинвертирующий вход ОУ 7, интегратор 2 и резистор

R4 (сигнал обратной связи — U ):

Сигнал на выходе фильтра соответствует только одному из слагаемых при условии, что сигналы, соответствующие остальным двум слагаемым, отсутствуют.

Сигнал на выходе фильтра соответ- ствует U при условии, что U> .= .О и

U = О. U = О выполняется при отг ключении от входа фильтра резистора

Rl (R1 =oo) . U = 0 выполняется при разрыве цепи обратной .связи, т. е. при разрыве цепи между выходом фильтра и неинвертирующим входом ОУ 7 и интегратора 1. Поскольку в этом случае на выходе интегратора 2 отсутствует сигнал, а его выходное сопротивление равно нулю, то вывод резистора В4, подключенный к его выходу, по существу подключен к общей шине. В этом .случае входной сигнал подается на выход фильтра через резисторный делитель, состоящий из резисторов

R3 и R4. Следовательно,U< = Kp„Ugq, Х.4 р1 AMR4

Сигнал на выходе фильтра соответствует Бг при условии, что ().(= 0 и

U = О. U = О выполняется при от1 ключении вывода резистора RÇ от входа фильтра и подключении его к общей шине, Передаточная функция RC-фильтра имеет вид: где К = — — — коэффициент пере1

РС(я1 дачи интегратора

1;

К = — — „- — коэффициент переЬг рС2 R2 дачи интегратора

2;

К, — коэффициент перерг дачи между Выходом интегратора 2 и выходом фильтра при подкл очении вывода резистора

R3 к общей шине.

В этом случае между выходом интег. ратора и выходом фильтра включен резистивный делитель, состоящий из резисторов R4 и RÇ:

Для U справедли во соотношение

US Кц Кцг Кр Пэьх где Кц„ — коэффициент передачи интегратора 1 при подаче сигнала на инвертирующий вход Оу 7; () ВЫХ = U + () г + U> =, К Ри Ц Вх +

+ Ku< K„2 K>2Uex + K us К02 КР2ЦОЫх откуда следует, что U »x (1-К „К„гК 2) =

U g (К р + К и К и.г Крг)

ОьыХ КР1+ ц1Кцг рт

:1 (р)После подстановки К „, К Р, К ц„и

Кцг в числитель Т (р) получается

Из полинома числителя последнего выражения следует, что предлагаемый фильтр имеет полюс затухания при люЯ бых соотношениях между элементами.

Вследствие этого для предлагаемого фильтра настройка полюса затухания исключается.

Упрощение настройки коэффициента при р из полинома знаменателя пере741416

R4R6

R4 RS.

"Р = К4К5 К.ММ+КЪК5КаК5 >

КЪ+—

Р 4+95

Вых 4 2 3 4

На инвертирующем входе ОУ 10 интегратора 2 сигнал определяется выражением "и2

К ), где К вЂ” коэффициент усиления для

9 дифференциального сигнала, — сигнал на выходе интеграто- В таком случае

2О

КЪК5 К4К5

ВЫХ ЬХ )3 С1ЮС2К2 ЙЫЮ+К3К4+РЯР5 КЪК5+РЬ И+9АК5 / к1+кь 4 Къкв

ЬЫХЦ РС1 ИКОу Р62К2 КЪК5+КФКЬ+1ИК5 рС2

1 КЪК5

4 К4К5 КЗК4+КЪК5+ МК5 был

Откуда следует, что а Я4

86

Р С МС2К2 —

Т(. )=—

К

R6+QA, Кжь О „Щ+R<) с„<<<< („, (Qg+95 Q К5 9Ъ (R1+Qbg К5 l

РА

К сс(, Формула изобретения

Активный RC-фильтр второго порядка с полюсом затухания, содержащий соединенные последовательно два интегратора, каждый из которых выполНен на операционном усилителе, при этом инвертирующий вход первого опе55 рационного усилителя соединен через первый резистор с общей шиной, а неинвертирующий вход — с выходом фильтра, отличающийся тем, что, с целью упрощения настройки на

60 полюс затухания, выход фильтра через дополнительно введенные второй, третий и четвертый резисторы соединен соответственно с входом фильтра, с инвертирующим входом .и выходом втоР

65 рого операционного усилителя, неиндаточной фун кции достигается включением резистора R5.

В этом случае на выходе фильтра происходит сложение четырех сигналов.

Первые три сигнала описаны выше, а четвертый сигнал представляет собой выходной сигнал, которыя подается на выход фильтра через последовательно включенные интегратор 2, при подаче, сигнала на резистор R5 и резистор

R4 (П4 ) Как следует из Т(р), в выражении для коэффициента при р имеется элемент (резистор R5), который входит в выражение для коэффициента при р как слагаемое одного из сомножителей M- К4

В предлагаемом фильтре выбор резис.торов всегда можно осуществить таким

;образом, чтобы выполнялось соотношение т. е. так, чтобы коэффициент при р практически не зависел бы от R5. В . прототипе же это невозможно.

Таким образом, включение резистора R5 между неинвертирующим входом

Оу 7 интегратора 1 и инвертирующим входом интегратора 2 в схему предлагаемого устройства, в которой достиг» нуто упрощение настройки полюса затухания, позволяет осуществить независимую настройку коэффициента при р из полинома знаменателя передаточной функции.

Положительный эффект от внедрения предлагаемого устройства заключается в том, что для этого устройства исключается настройка полюса затухания а также упрощается настройка коэффира 2. При идеальном ОУ „" равно нулю. По этой причине в коэффициентах передачи резистивных делителей, входящих в выражения для U< w U«R5 входит как параллельно включенное сопротивлениям R4 и ВЗ соответственно. В этом случае

R>R5

Кз»к5 ЯДк5

К

Э с К4 КЗК4 К>К51 К4КБ

93iRs

15 для U4 справедливо соотношение циента при р из полинома знаменателя передаточной функции.

35 для настройки полюса затухания в прототипе необходимо 4-6 операций.

Для настройки коэффициента при р из полинома знаменателя передаточной функции также необходимо 4-6 опера® ций. В предлагаемом же фильтре настройка полюса исключается вообще., а для настройки коэффициента при р из полинома знаменателя достаточно од:ной опер;.ции.

45 Таким образом, применение предлагаемого фильтра позволяет уменьшить количество при настройке в 2-3 раза.

741416

Составитель A. Меньшикова

Редактор Г. Нечаева Техред Н.Еовалева Корректор Е. Папп

Заказ 3216/52

Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб. д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4 вертирующий вход которого подключен к общей шине.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Хазанов Г. Л. Синтез активных

RC-цепей на двух операционных усилителях. Электросвязь, 1973 В 11

{прототип).