DE3048099C2 - Aktives RC-Filter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives RC-Filter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche aktive Filter eignen sich besonders für die Aussiebung von Tonfrequenzen und werden daher .'ti Fernsteuerempfängern und insbesondere in Rundsteuerempfängern, die ihre Steuersignale in Form von tonfrequenten Impulsen über das elektrische Versorgungsnetz erhalten, angewendet.

In der FR-PS 22 79 258 ist ein aktives RC-Filter der obenerwähnten Art beschrieben, das mehrere Stufen aufweist. Von diesen Schaltungsstufen enthält mindestens eine einen Kondensator mit ausgesprochenem Temperaturgang, der zu kompensieren ist. Es werden zwei Arten von Thermokompensation in dieser Patentschrift beschrieben. Eine erste, nicht den Erfindungsgegenstand dieser Patentschrift bildenden Art besteht darin, daß der Temperaturgang von Kondensatoren in einer oder mehreren Integratorstufen durch den gleich großen, aber entgegengesetzten Temperaturgang der Eingangswiderstände dieser Stufen kornpensiert wird. Die Erfindung nach dieser PS bezweckt dagegen eine andere Art der Kompensation des Temperaturgangs der Kondensatoren dadurch, daß die Kondensatoren in jeder Integratorstufe und ein einzelner Widerstand einen gleich großen und gleichertigen Temperaturgang besitzen, wobei dieser Widerstand in einer an den Rückkopplungszweig einer Integratorstufe angeschlossenen Umkehrstufe angeord

net ist Auf Seite 3, Zeilen 14 bis 20 dieser FR-PS 22 79 258 wird beschrieben, daß diese Kompensationswiderstände der ersten Art im allgemeinen aus Nickel-Chromlegierung bestehen, nicht in beliebigen, erforderlichen Größen erhältlich sind und einzeln auf die kritischen Werte abgestimmt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das einfach in der Ausführung ist und eine verbesserte Kompensation des Temperaturganges mittels leicht absthnrnbarer Widerstände aus preiswertem Material aufweist

Die Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil gelöst

Das erfindungsgemäße Filter besitzt den Vorteil, daß alle Eigenschaften des Filters auf einfache Art vom Temperaturgang unabhängig gemacht werden können und daß für die Kompensierung gebräuchliches und überall erhältliches Material verwendet werden kann, das zudem preiswert ist und unschwer in der erforderlichen Bemessung bereitgestellt werden kann.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichung näher erläutert

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt zwei hintereinandergeschaltete aktive Bandfilter.

Ein einzelnes der vorzugsweise gleich aufgebauten und gleich bemessenen Bandfilter 1 und 2 zweiter Ordnung, also mit niehrfacher Gegenkopplung, nach diesem Prinzip ist samt den Grundformeln zu dessen Berechnung, jedoch ohne Angaben über dessen Verhalten bei wechselnden Temperaturen, um Buch von U. Tietze, Ch. Schenk »Halbleiter-Schaltungstechnik«, Springer-Verlag (1975), Seite 276 und 277, beschrieben.

In jedem Filter 1 und 2 besteht der aktive Teil aus einem Operationsverstärker 3 mit einem invertierenden (—) und einem nichtinvertierenden ( + ) Eingang. Zwischen den jeweiligen Eingangsklemmen 4 und 5 ist ein aus den zwei Widerständen Ri und Rj bestehender Spannungsteiler angeordnet. Der Widerstand Rj setzt sich aus der Reihenschaltung von zve^: Teilwiderständen 5 und 6 zusammen. Der Teilwiderstand 5 ist ein Festwiderstand und der Teil wider stand 6 eine vorzugsweise bifilare Wicklung aus Kupferdraht. Das Verhältnis der Widerstände Ri zu Rj ist groß, wie dies aus der vorgenannten Literatur bekannt ist.

Ein gemeinsamer Punkt 7 der beiden Widerstände Ri und Rj ist einerseits über einen Kondensator C\ an den Ausgang und andererseits über einen zweiten Kondensator C₂ an den invertierenden (-) Eingang des Operationsverstärkers 3 angekoppelt. Ein weiterer Widerstand R₂ verbindet den invertierenden (-) Eingang mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 3. Die beiden Kondensatoren G und C₂ besitzen vorzugsweise gleiche Kapazität.

Die Kondensatoren G und C₂ dürfen als frequenzbestimmende Elemente nur eine geringe alterungsbedingte Änderung der Kapazität besitzen. Diese Eigenschaft haben Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus Polystyrol. Dieses Material hat zudem die vorteilhaften Eigenschaften, eine kleine Dielektrizitätskonstante und sehr geringe dielektrische Verluste aufzuweisen. Es besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten von ca. 120±50 · 10-⁶ pro K. Dieser temperaturabhängigen Änderung der Kapazität der Kondensatoren G und C₂ muß durch geeignete Thermokompensation gegengesteuert werden.

Dies geschieht dadurch, daß der Teilwiderstand 6 des

eingangsseitigen Spannungsteilers aus den Widerständen Ri und R₃ als induktionsfreie Wicklung aus Kupferdraht ausgebildet ist. Kupfer besitzt bekanntlich einen ziemlich hohen positiven Temperaturkoeffizienten von ca. +353 · ΙΟ-³. Da der Widerstand Rj relativ klein ist und sich zudem in die beiden Teilwiderstände 5 und 6 aufteilt, kann mit Hilfe des spezifischen Widerstands des Kupfers des Teilwiderstandes 6 eine sehr fein einstellbare Kompensation des bedeutend geringeren negativen Temperaturganges des Polystyrol- Dielektrikums der Kondensatoren G und C₂ erreicht werden.

Zudem kann durch Einkapselung des Teilwiderstands 6 in Kunststoff eine hohe Alterungsbeständigkeit der Thermokompensation zwischen dem Dielektrikum und dem Kupfer erzielt werden. Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß für die Widerstände Ri und R₂ ein einen geringen Temperaturgang und geringe Alterung aufweisendes Widerstandsmaterial verwendet wird.

Mit einem aktiven Bandfilter 1, 2 kann eine Bandbreite von ±5 Hz bei einer Mittenfrequenz von 175 Hz erreicht werden. Wenn ein Filter mit höherer Flankensteilheit und etwas geringerer Bandbreite gewünscht wird, lassen sich zwei Bandfilter 1 und 2 hintereinanderschalten, welche im westntlichen gkiich bemessen sind und sich auch im Aufbau nicht unterscheiden. Dadurch gestaltet sich die Herstellung des Filters sehr einfach und preiswert.

In gleicher Weise wie die Frequenz des Filters kann auch die Güte kompensiert werden. Ein geringer, allenfalls verbleibender Temperaturgang kann dabei in Kauf genommen werden, da die auf ein Filter folgende Schwellenschaltung leicht so dimensioniert werden kann, daß sie auf einem tieferen Niveau der Resonanzfrequenzkurve anspricht

Das Filter gemäß der Erfindung kann ein elektromechanisches Filter ersetzen und anderseits genügend breit gemacht werden, daß es auch bei schwankender Netzfrequenz und mit ihr synchronisierter Übertragungsfrequenz sicher betrieben werden kann. Bedarfsweise können die hintereinandergeschalteten Filterstufen 1 und 2 in der Ansprechfrequenz in bekannter Weise leicht gegeneinander verstimmt (sta ,ger tuned) sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Temperaturkompensiertes aktives RC-Filter mit Mehrfachgegenkopplung und Bandpaß-Charakteristik, mit einem zwischen zwei Eingangsklemmen angeordneten Widerstands-Spannungsteiler, dessen Mittelabgriff über einen Kondensator (Q) an den Ausgang des Operationsverstärkers (3) und über einen zweiten Kondensator (C2) an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers geschaltet ist, bei dem der invertierende Eingang und der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Widerstand verbunden sind, der nicht invertierende Eingang und der Mittelabgriff des Spannungsteilers über die Hintereinanderschaltung von zwei Teilvviderständen an Masse gelegt ist, von denen ein Teilwiderstand zum Einstellen von Filtergrößen dient, und der Temperaturgang von Kondensatoren mittels Widerständen mit entgegengesetztem Temperaturgane kompensiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Einstellen dienende Teilwiderstand (6) die negativen Temperaturgänge beider Kondensatoren (Q, C2) kompensiert, drahtförmig ausgebildet und aus Kupfer hergestellt ist.

Z RC-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilwiderstand (6) aus einer bifilaren Wicklung besteht

3. /?C-Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung in Kunststoff eingebettet ist.

4. RC-Filur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch jrekennr*ichnet, daß die Kondensatoren (Q. C2) ein Polystyrol-Dielektrikum aufweisen.