полосовой arc-фильтр с понижением частоты полюса

Формула изобретения

Полосовой ARC-фильтр с понижением частоты полюса, содержащий операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам второго конденсатора и первого резистора, второй вывод второго конденсатора и первый вывод второго резистора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого конденсатора и третьего резистора подключены к общей шине, а первый вывод третьего резистора подключен к вторым выводам второго и четвертого резистора, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, первые выводы шестого и седьмого резисторов подключены к второму выводу первого резистора, а второй вывод седьмого резистора является входом устройства, отличающийся тем, что дополнительно введен восьмой резистор, который включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах, преимущественно в микроэлектронном исполнении.

Известен "Полосовой активный RC-фильтр" (СССР. А.с. N 785954, М. кл.3 H 03 H 7/01, опубл. 07.12.80, бюл. N 45), содержащий Т-мост с перекрывающей ветвью, операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с выходом Т-моста и одним концом перекрывающей ветви, и делитель напряжения, подключенный параллельно выходу фильтра, делитель напряжения выполнен с двумя отводами, первый из которых соединен с другим концом перекрывающей ветви, а второй - с неинвертирующим входом операционного усилителя, при этом вход Т-моста и выход операционного усилителя подключен к входу делителя напряжения.

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

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является итерационность процесса настройки затухания полюса при микроэлектронной реализации устройства.

Известен также "Активный RC-фильтр нижних частот" (СССР, А.с. N 1187241, М. кл. 4 H 03 H 11/12, опубл. 23.10.85, бюл. N 39), содержащий операционный усилитель, два конденсатора и пять резисторов, причем первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к второму выводу второго резистора, первый вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к входу устройства и выходу операционного усилителя соответственно, второй вывод второго конденсатора подключен к первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые выводы которых подключены к общей шине и к инвертирущему входу операционного усилителя соответственно, пятый резистор включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя.

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

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является итерационность процесса настройки затухания полюса при микроэлектронной реализации устройства.

Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому устройству является "Полосовой фильтр" (ТИИЭР, 1979, том 67, N 1, с.45, рис. 36), содержащий операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам второго конденсатора и первого резистора, второй вывод второго конденсатора и первый вывод второго резистора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого конденсатора и третьего резистора подключены к общей шине, а первый вывод третьего резистора подключен к второму выводу второго и четвертого резисторов, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, первые выводы шестого и седьмого резисторов подключены к второму выводу первого резистора, а второй вывод седьмого резистора является входом устройства.

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

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является инерционность процесса настройки затухания полюса при микроэлектронной реализации устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении настройки частоты и затухания полюса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения заключается в:

- сокращении времени настройки устройства;

- увеличении процента выхода годных изделий при микроэлектронном гибридно-пленочном исполнении.

Для достижения технического результата в полосовом ARC-фильтре, содержащем операционный усилитель, два конденсатора и семь резисторов, причем первый вывод первого конденсатора подключен к первым выводам второго конденсатора и первого резистора, второй вывод второго конденсатора и первый вывод второго резистора подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы первого конденсатора и третьего резистора подключены к общей шине, а первый вывод третьего резистора подключен к вторым выводам второго и четвертого резисторов, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы пятого и шестого резисторов подключены к выходу операционного усилителя, первые выводы шестого и седьмого резисторов подключены к второму выводу первого резистора, а второй вывод седьмого резистора является входом устройства, причем дополнительно введен восьмой резистор, который включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами: благодаря введению восьмого резистора с соответствующими связями появилась возможность осуществления неитерационной настройки частоты и затухания полюса путем только увеличения сопротивлений третьего, четвертого, пятого и восьмого резисторов, что особенно важно при гибридно-пленочном исполнении, где подгонка сопротивлений резисторов осуществляется только в сторону их увеличения. В устройстве-прототипе настройка затухания полюса осуществляется с помощью подгонки сопротивления пятого резистора и в случае "проскакивания" нужного номинала необходимо было подогнать четвертый резистор, а затем осуществить снова настройку частоты полюса, а затем снова затухание полюса с помощью сопротивления пятого резистора. В предлагаемом устройстве для указанного выше случая достаточно изменить (подогнать) сопротивление восьмого резистора, что не влияет на настройку частоты полюса.

Доказательство наличия причинно-следственой связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом приведено при рассмотрении работы полосового ARC-фильтра.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого полосового ARC-фильтра с понижением частоты полюса; на фиг. 2 - семейство амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик.

Полосовой ARC-фильтр (фиг. 1) содержит операционный усилитель 1, первый резистор 2, первый конденсатор 3, второй резистор 4, второй конденсатор 5, третий 6, четвертый 7, пятый 8, шестой 9, седьмой 10 и восьмой 11 резисторы, причем выход операционного усилителя 1 подключен через последовательно соединенные первый резистор 2, первый конденсатор 3 и шестой резистор 9 к общей шине, первые выводы первого резистора 2 и первого конденсатора 3 подключены к второму выводу второго конденсатора 5, первый вывод которого подключен к первому выводу второго резистора 4 и к неинвертирующему входу операционного усилителя 1, второй вывод второго резистора 4 подключен к первым выводам третьего 6 и четвертого 7 резисторов, вторые выводы которых подключены к общей шине и к инвертирующему входу операционного усилителя 1, пятый резистор 8 включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 1, восьмой резистор включен между общей шиной и инвертирующим входом операционного усилителя 1, вторые выводы первого конденсатора 3 и первого резистора 2 подключены соответственно к общей шине и к первым выводам 9 седьмого 10 и шестого 9 резисторов, вторые выводы которых подключены к входу устройства и к выходу операционного усилителя 1 соответственно.

Работает полосовой ARC-фильтр следующим образом.

Входной гармонический сигнал подается на вход устройства, проходит через него и поступает на выход полосового ARC-фильтра.

В результате полосовым ARC-фильтром реализуется передаточная функция с понижением частоты полюса:



где M - масштабный коэффициент передачи,

d_p, _p затухание и частота полюса,

p - оператор Лапласа.

Параметры передаточной функции (1) определяются по формулам:







В формулах (2) - (4) приняты следующие обозначения:

R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆, R₇, R₈, - сопротивления первого 2, второго 4, третьего 6, четвертого 7, пятого 8, восьмого 11, седьмого 10 и шестого 9 резисторов;

C₁, C₂ - емкости первого 3 и второго 5 конденсаторов;

₁ = R₁C₁, ₂ = R₂C₂ - постоянные времени частотозадающей цепи.

Из анализа приведенных формул, определяющих частоту и затухание полюса, следует, что частота полюса является функцией, зависящей от отношения сопротивлений третьего 6 и четвертого 7 резисторов и не зависящей от сопротивлений пятого 8 и восьмого 11 резисторов.

В свою очередь затухание полюса зависит от отношения пятого 8 и восьмого 11 резисторов. Благодаря этому в предлагаемом полосовом ARC-фильтре возможна независимая неинерционная настройка частоты полюса _p , а затем затухания полюса d_p, причем только за счет увеличения сопротивлений резисторов R₃ и R₄, R₅ и R₆ соответственно, что особенно важно для микроэлектронного гибридно-пленочного исполнения, где подгонка резисторов осуществляется только путем увеличения их номинала.

На фиг. 2 приведены графики, иллюстрирующие изменение формы АЧХ ФЧХ при изменении сопротивления восьмого резистора 11. Как видно из этих графиков, фазовый сдвиг на частоте полюса оставался неизменным, что подтверждает сделанные выводы (т.е. _p = const ).

Таким образом, благодаря введению восьмого резистора в полосовом ARC-фильтре достигнуто упрощение настройки.