Звено активного rc-фильтра с расширенной полосой пропускания

ао делам изобретеиий и открытий(53) УДК 621372. ,513,г(088,8) Дата опубликования описания 07.05. 82(5 ч) ЗВЕНО АКТИВНОГО ЙС-ФИЛЬТРА С РАСШИРЕННОЙ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ Изобретение относится к радиотехд нике и может использоваться в устройствах частотной селекции сигналов.Известно звено активного НС-фильт. ра с расширенной полосой пропускания, 5 состоящее из трех секций, включенных каскадно. Первая секция, реализующая простой положительный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в дифференциальном включении и содержит три резистора и конденсатор. Вторая секция, реализующая простой отоицательный нуль передачи, собрана на операционном усилителе в трехполюсном включении и содержит два резис 15 тора и конденсатор. Третья секция, реализующая пару комплексно сопряженных полюсов, представляет собой из. вестную схему элементарного фильтра.10 нижних частот Рауха и содержит операционный усилитель в трехполюсном включении, три резистора и два конденсатора 11. Однако указанное звено оцень слож. но из-за большого количества используемых элементов, а также имеет склонность к самовозбуждению на высоких частотах.Наиболее близким к предлагаемому является звено активного КС-фильтра с расширенной полосой пропускания, содержащее первый операционный усилитель, в цепи обратной связи которо" го включен конденсатор, первый резистор,.включенный между входом звена и инвертирующим входом первого операционного усилителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого че-, рез второй конденсатор соединен с входом звена, а также второй резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 2 .Однако известное звено не позволяет увеличить добротность при рав-предлагаемой 111Й 1 55 3 92676нономинальных значениях емкостей,Отличие значений емкостей, котороерастет с увеличением добротности,приводит к увеличению суммарной емкостиконденсаторов, цта является недостатком при микроэлектронном выполнениизвенаЦель изобретения - увеличение добротности при равнономинальных значениях емкостей конденсаторов и их минимальной суммарной емкости.Указанная цель достигается тем,цта в звено активного ЕС-фипьтра срасширенной полосой пропускания длямикроэлектронного выполнения, содержащее первый операционный усилитель,в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистар,включенный между входом звена и инвертирующим входом первого операционного уси- олителя, резистивный делитель напряжения, включенный между выходом первогооперационного усилителя и общей шиной,отвод которого через второй конденсатор соединен с входом звена, а такжевторой резистор, один вывод которогосоединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, введенвторой операционный усилитель, включенный па схеме повторителя напряжения, неинвертирующий вход которогоподключен к отводу резистивного делителя напряжения, а другой вывод второго резистора соединен с выходом второго операционного усилителя являю 135щегося выходом звена.На чертеже приведена электрическаяп-.,инципиальная схема предлагаемогоустройства,Звено активного КС-фильтра содер 40жит первый операционный усилительОУ) 1, первый конденсатор 2, первыйрезистор 3реэистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов 1 и5, второй конденсатор 6, второй резистор 7, второй ОУ 8,Звено активного ЙС-фильтра работает следующим образом,Входной сигнал поступает на ОУ 8по двум каналам. Основным каналом передачи сигналов верхних частот является дифференцирующая КС-цепь из второго конденсатора 6 и резистора 5Основным каналом передачи сигналовнижних частот является частотозависимая цепь, состоящая из первого резистора 3, первого конденсатора 2 ипервого операционного усилителя 1,включенных по схеме интегратора, а О 4также резистивный делитель напряжения, состоящий иэ резисторов 4 и 5,включенных на входе ОУ 8; За счет обратной связи через резистор 7 осуществляется выделение сигналов среднихчастот, примыкающих к собственнойчастоте звена, которая определяетсярезисторами ч и 7, а также первым ивторым конденсаторами 2 и 6. От величины сопротивления первого резистора 3 зависит ширина и симметрия полосы пропускания звена. Когда сопротивление первого резистора 3 равно сопротивлению резистора 7 амплитудночастотная характеристика (АЧХ) звена по характеру приближается к АЧХполосового фильтра второго порядка ссимметрично расширенной полосойпропускания.Когда величина сопротивления первого резистора 3 больше сопротивления резистора 7, полоса пропусканиярасширена в основном в сторону верхних частот. Когда сопротивлениепервого резистора 3 меньше сопротивления резистора 7, полоса пропускания расширена больше в сторону нижних частот. В схеме возможна независимая регулировка собственной частоты полюсов резистором 7, добротности - резистором 5, нуль -.первым резистором 3. Если первый резистор 3выполнить регулируемым, то перестройка полосы пропускания может осуществляться плавно.Исключение влияния нагрузки нахарактеристики звена осуществляетсяза счет сьема выходного сигнала свыхода повторителя с малым выходнымсопротивлением. Уменьшение разбросаемкостей и уменьшение суммарной емкости конденсатором обеспечиваетсясамой схемой соединения элементов.Приведем расчеты, подтверждающиеправильность приведенных здесь утверждений,Передаточная функция известнойхемы Передаточная функциясхемы2(р) . 6 Р) . Р -О (,сь Кч5 926760 6. Из (1) и (2) видно, что определяющее значений емкостей С и Са позволяет характер АЧХ взаимное расположение уменьшить суммарную емкость предланулей гаемой схемы звена. Действительно,") = .г-г (3) из выражения собственной частрты (Й)е ьц ,5 величина емкости С определяется и собственных частот1цдо, = -д -р- (4)Е 6 Ь 1обеих схем зависит от соотношениярезисторов 3 и 7. Сопоставим выраже 1 Ония добротностей схем, вычисляя ихпо (1) и (2).Для известной схемыи 7 ч ч т+ - +у, +4 - Ф.1 -Суммарная емкость схемыС = С +СО= - +С (10)КСаСуммарная емкость будет иметь экстремальное значение при условии+1=0, (11)ЙС (Се) Ке 6Вторая производная0 Ск(Се) 2 К (О6 апоэтому это экстремальное значениеявляется минимальным. Из (11) С= И,подставив это значение в (9), получаем, чтоК КС=-== К, т.е. С=Се.8Таким образом, суммарная емкостьсхемы звена наименьшая, когда емкости30С и Се равны друг другу, Но, как отмечалось выше, у известной схемы равенство емкостей возможно только прималых добротностях Я 0,5, т.е. вслучаях, не представляющих практи 35 ческий интерес при проектированииактивных ВС-фильтров. Предлагаемаясхема обеспечивает минимальную суммарную емкость при любых добротностяхпередаточной функции.=Таким образом, введение дополнительного операционного усилителя визвестное активное ВС-звено с расширенной полосой пропускания позволяет исключить влияние нагрузкИ на45 характеристики звена, устранитьразброс емкостей его конденсаторов иуменьшить их суммарную емкость.Применение предлагаемого звена дает воз"можность уменьшить габарйты широко 50 полосных многозвенных фильтров различного назначения и удешевить ихпроизводство,х, С 6Ое очевидно, чтоОс Я 4,0,5,Для предлагаемой схемы ьЯ Здес В 4ения А икак добр Отрицательные зн сматриваются, та гут иметь только ния.Из (5) следуе брос емкостей ко схеме ности мо ые значе положите что возможный разенсаторовв известно й-Ьт.е. растет пропорционально квадра добротности и этот рост невозможно :компенсировать увеличением А, т,е. Ъизменением соотношения резисторов схемы. Равенство емкостей С и Са возможно лишь при добротностях( 0,5 которые для активных схем не имеют смысла.Из (6) следует, что для предлагаемой схемы Так как 0 с В то увеличение Я ировано увеличеизменения соотэисторов схемы.Поей С и С могут прилюбых добротнось выбора равных бытьВ, т.е.ия паразначеныбраныемы.Во мож скомпенза сче метров р ия емкос равными ла изобретения е ношен этому быть в тях сх Звено активного КС-фильтра с расширенной полосой пропускания для микроэлектронного выполнения, содер. можнос9267 Составитель А.МеньшикоТехред А. Ач ректор И.Муска С,Крупенин Реда писно 7/ч 6 Тираж 951ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д. ч/5 Заказ 29 ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн жащее первый операционный усилитель,.в цепи обратной связи которого включен конденсатор, первый резистор,включенный между входом звена и инвер-тирующим входом первого операционно- зго усилителя, резистивный делительнапряжения, включенный между выходомпервого операционного усилителя и общей шиной, отвод которого через второй конденсатор соединен с входом 1 Озвена, а также второй резистор, одинвывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью увеличения добротности 15при равнономинальных значениях емкостей конденсаторов и их минималь 60 8ной суммарной емкости, введен второйоперационный усилитель, включенныйпо схеме повторителя напряжения,неинвертирующий вход которого подключен к отводу резистивного делителянапряжения, а другой вывод второгорезистора соединен с выходом второгооперационного усилителя, являющегосявыходом звена.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Калниболотский Ю,М. Королев Д.В,Синтез электронных схем, Киев, "Вищашкола"1979, с, 209, рис. 7.19.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 2617117/18-09,кл. Н 03 Н 7/02, 1978 прототип).