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Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Tiefpaßfilter-
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schaltung.
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Bei bekannten derartigen Schaltungen werden analoge oder getaktete
Aktivfilter verwendet; bei letzteren wird die Filtercharakteristik mit Hilfe einer
Taktfrequenz verändert. Diese Filter haben den Nachteil, daß an ihrem Ausgang eine
Gleichspannung (Offsetspannung) entsteht, die in konkreten Schaltungen durch einen
bauteil spezifischen Abgleich wegkompensiert werden müssen, wodurch ein hoher Arbeitsaufwand
erforderlich wird.
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Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine aktive
Tiefpaßfilterschaltung mit stark reduzierter Offsetspannung vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in Serie zu einem
aktiven Tiefpaßfilter ein Hochpaßfilter geschaltet ist, dessen Ausgang mit einem
Eingang einer Summierschaltung verbunden ist und der Eingang des aktiven Tiefpaßfilters
über ein Tiefpaßfilter mit dem zweiten Eingang der Summierschaltung verbunden ist,
wobei die beiden Filter komplementär zueinander ausgebildet sind und ein Weichenfilter
bilden, und wobei die Offsetspannung dieser beiden Filter wesentlich kleiner als
die Offsetspannung des aktiven Tiefpaßfilters ist, bzw. Null beträgt.
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Durch das dem aktiven Tiefpaßfilter nachgeschaltete Hochpaßfilter
wird die Gleichspannungskomponente abgeblockt. Allerdings gehen durch das nachgeschaltete
Hochpaßfilter Frequenzanteile verloren. Diese gelangen jedoch über das im Nebenschluß
zum aktiven Tiefpaßfilter geschaltete Tiefpaßfilter zu der Summierschaltung, wodurch
an deren Ausgang wieder die Charakteristik des aktiven Tiefpaßfilters jedoch ohne
bzw. mit geringem Offsetspannungsanteil abnehmbar ist.
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Die beiden mit dem Ausgang bzw. dem Eingang des aktiven Tiefpaßfilters
verbundenen Filter, nämlich das HochpaB- und das Tiefpaßfilter können als passive
Filterschaltung realisiert sein,
so daß deren Offsetspannung überhaupt
Null ist. Diese Filter können aber auch unter Verwendung von Operationsverstärkern
realisiert sein, jedoch muß dann deren Offsetspannung gegenüber jener des aktiven
Tiefpaßfilters wesentlich kleiner sein, vorzugsweise mit dieser in einem Verhältnis
von mindestens 1 : 50 stehen.
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Besonders günstig ist es, wenn das Hochpaßfilter eine Grenzfrequenz
besitzt, welche wesentlich kleiner als die Grenzfrequenz des aktiven Tiefpaßfilters,
vorzugsweise mit dieser in einem Verhältnis steht, das mindestens 1 : 10 beträgt.
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Weiters hat es sich als Vorteil erwiesen, wenn die Dämpfung des Tiefpaßfilters
wesentlich größer als die Dämpfung des aktiven Tiefpaßfilters im Sperrbereich ist,
wobei vorzugsweise das Verhältnis der Dämpfung des Tiefpaßfilters zur Dämpfung des
aktiven Tiefpaßfilters mindestens 2 : 1 beträgt.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit passiven Hoch- und
Tiefpaß filtern und Fig. 2 ein solches, bei dem die Hoch- und Tiefpaßfilter unter
Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sind.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das aktive
Tiefpaßfilter 1 durch ein getaktetes Kondensator-Filter gebildet, das von einem
Taktgenerator 2 gesteuert ist. An den Ausgang des aktiven Tiefpaßfilters 1 ist ein
passives Hochpaßfilter 3 angeschlossen, das vorzugsweise eine Grenzfrequenz besitzt,
welche wesentlich kleiner als die Grenzfrequenz des aktiven Tiefpaßfilters ist.
Bevorzugt soll sie mit dieser Grenzfrequenz des aktiven Tiefpaßfilters in einem
Verhältnis stehen, das mindestens 1 : 10 beträgt. Dieses Hochpaßfilter 3 ist an
einen Eingang einer Summierschaltung 4 angeschlossen.
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Das Hochpaßfilter 3 blockt die Gleichspannungsanteile des Ausgangssignals
des aktiven Tiefpaßfilters 1 ab.
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An den Eingang des aktiven Tiefpaßfilters 1 ist ein passives Tiefpaßfilter
5 angeschlossen, dessen Ausgang an den zweiten
Eingang der Summierschaltung
4 angeschlossen ist.
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Die beiden Filter 3 und 5 sind einander komplementär ausgebildet.
Dadurch gelangen jene Fre-quenzteile des Ausgangssignals des aktiven Tiefpaßfilters
1, die von dem Hochpaßfilter 3 unterdrückt werden, über das Tiefpaßfilter 5 zu der
Summierschaltung 4 und umgekehrt, sodaß am Ausgang der Summierschaltung 4, die Charakteristik
des aktiven Tiefpaßfilter 1 abnehmbar ist. Praktisch bilden die beiden passiven
Filter 3 und 5 ein Weichenfilter.
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Wesentlich für die Auslegung der aktiven Tiefpaßfilterschaltung list,
daß die Dämpfung des Tiefpaßfilters 5 wesentlich größer ist als die Dämpfung des
aktiven Tiefpaßfilters 1 im Sperrbereich ist. Bevorzugt soll das Verhältnis dieser
beiden Dämpfungen mindestens 2 : 1 betragen. Außerdem müssen die Grenzfrequenzen
der Filter 3 und 5 so gewählt sein, daß hinsichtlich der Durchgangsdämpfung keine
Lücken entstehen und diese Filter ein Weichenfilter bilden.
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Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als aktives Tiefpaßfilter
ein getaktetes Kondensator-Filter vorgesehen, es kann aber auch jedes andere aktive
Tiefpaßfilter verwendet werden. Die beiden Filter 3 und 5, nämlich das Hochpaß-
und das Tiefpaßfilter können, wie aus Fig. 1 ersichtlich, als passive Filterschaltungen
realisiert sein, so daß deren Offsetspannung überhaupt Null ist. Diese Filter können
aber auch unter Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sein, jedoch muß
dann deren Offsetspannung gegenüber jener des aktiven Tiefpaßfilters 1 wesentlich
kleiner sein. Bevorzugt soll das Verhältnis dieser Offsetspannungen mindestens 1
: 50 betragen. Eine solche Ausführungsform zeigt Fig. 2.
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Bei dieser ist ebenfalls ein aktives Tiefpaßfilter 1, z.B.
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ein getaktetes Kondensatorfilter vorgesehen, das von einem Taktgenerator
2 gesteuert ist. An dem Ausgang dieses aktiven Tiefpaßfilters 1 ist ein Hochpaßfilter
3' angeschlossen, das seinerseits an einen Eingang der Summierschaltung 4 angeschlossen
ist.
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In der gleichen Weise wie bei der AusführungsEorm nach Fig. 1 ist
der Eingang des aktiven Tiefpaßfilters 1 mit einem Tiefpaßfilter 5' verbunden, das
mit dem zweiten Eingang der Summierschaltung 4 verbunden ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 weist das Hochpaßfilter 3' eine
aus dem Kondensator 30 und dem Widerstand 32 bestehende Serienschaltung auf, die
mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 33 und dem Eingang des
Hochpaßfiters 3' verbunden ist. Dieser Operationsverstärker 33 weist eine durch
den Widerstand 34 gebildete Rückkopplung auf.
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Das Tiefpaßfilter 5' weist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ebenfalls
einen Operationsverstärker 53 auf, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand
52 mit dem Eingang des aktiven Tiefpaßfilters 1 verbunden ist. Dieser Operationsverstärker
53 weist einen aus einer Parallelschaltung,aus einem Kondensator 51 und einem Widerstand
54 gebildeten Rückkopplungskreis auf.
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Durch entsprechende Dimensionierung der Kondensatoren 31 bzw.
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51 und der Widerstände 32, 34 bzw. 52, 54 können die Charakteristika
dieser beiden Filter leicht derart aufeinander abgestimmt werden, da sie ein Weichenfilter
bilde n. Außerdem läßt sich dadurch auch die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 3'-so
festlegen, daß sich die Grenzfrequenz dieses Filters zu jener des aktiven Tiefpaßfilters
mindestens wie 1 : 10 verhält.
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Überdies kann dabei auch die Dämpfung des Tiefpaßfilters 5' Werte
bringen, die mindestens das Doppelte des Wertes der Dämpfung des aktiven Tiefpaßfilters
im Sperrbereich betragen.
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Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden die Gleichspannungsanteile
des Ausgangssignals des aktiven Tiefpaßfilters 1 durch den Kondensator 31 des Hochpaßfilters
3' abgeblockt.
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Durch die Operationsverstärker 33 und 53 treten zwar Offsetspannungen
auf, doch können diese ohne besondere Schaltungsnaßnaheen auf Werte gebracht werden,
die wesentlich unter jenen
des aktiven Tiefpaßfilters 1 liegen.
So ist ohne weiteres ein Verhältnis der Offsetspannungen der Filter 3', 5' zu jenen
des aktiven Tiefpaßfilters 1 von 1 : 50 erreichbar,
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