RU2701095C1 - Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров - Google Patents
Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701095C1 RU2701095C1 RU2019106613A RU2019106613A RU2701095C1 RU 2701095 C1 RU2701095 C1 RU 2701095C1 RU 2019106613 A RU2019106613 A RU 2019106613A RU 2019106613 A RU2019106613 A RU 2019106613A RU 2701095 C1 RU2701095 C1 RU 2701095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- resistors
- pole
- operational amplifier
- differential operational
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/10—Frequency selective two-port networks using negative impedance converters
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
- H03H11/1217—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a plurality of operational amplifiers
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам радиотехники и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении независимой подстройки трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωp), затухания полюса (dp), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М). Фильтр включает первый и второй дифференциальные усилители, конденсаторы и резисторы, соединенные между собой таким образом, чтобы при изменении сопротивлений четвертого и шестого резисторов изменяется наклон ФЧХ в области частоты полюса и подъем АЧХ на этой частоте При этом частота полюса остается неизменной. При настройке затухания полюса изменяются частоты, на которых фазовый сдвиг составляет -135 и -225 град. При изменении коэффициента М передачи на центральной частоте с помощью сопротивлений первого и пятого резисторов изменяется только общий уровень АЧХ, при этом ФЧХ не изменяется. 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций.
Полосовые АRC-фильтры (ПФ) относятся к числу достаточно распространенных аналоговых устройств, определяющих качественные показатели многих радиотехнических систем, в том числе для цифровой обработки сигналов [1-28].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является полосовой АRC-фильтр по патенту RU 2154337 «Полосовой ARC-фильтр с повышением частоты полюса», опубл.: 10.08.2000. Он содержит (фиг. 1) вход 1 устройства и первый 2 дифференциальный операционный усилитель, выход которого связан с выходом устройства 3, первый 4, второй 5 и третий 6 последовательно соединенные резисторы, которые включены между выходом устройства 3 и общей шиной источников питания 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 резисторы, а также первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем общий узел первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов связан с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 2.
Существенный недостаток ARC-фильтра-прототипа фиг. 1, а также других известных фильтров рассматриваемого класса [1-28], состоит в том, что в процессе подстройки его одного параметра, например, затухания или частоты полюса, изменяется третий важный параметр амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) – коэффициент передачи в полосе пропускания. Это значительно усложняет производство и настройку (например, с помощью микросхем цифровых потенциометров [29] или лазерной подгонки) ARC-фильтров данного класса.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании схемы полосового АRC-фильтра, которая обеспечивает независимую подстройку трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωp), затухания полюса (dp), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М).
Поставленная задача достигается тем, что в полосовом ARC-фильтре фиг. 1, содержащем вход 1 устройства и первый 2 дифференциальный операционный усилитель, выход которого связан с выходом устройства 3, первый 4, второй 5 и третий 6 последовательно соединенные резисторы, которые включены между выходом устройства 3 и общей шиной источников питания 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 резисторы, а также первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем общий узел первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов связан с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 2, предусмотрены новые элементы и связи – в схему введен дополнительный дифференциальный операционный усилитель 15, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого 2 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой 11 резистор и первый 13 конденсатор, неинвертирующий вход первого 2 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания 7 через второй 14 конденсатор и через восьмой 12 резистор соединен с общим узлом последовательно соединенных второго 5 и третьего 6 резисторов, между входом 1 устройства и выходом дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя включены последовательно соединенные пятый 9 и шестой 10 резисторы, общий узел которых соединен с инвертирующим входом дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя и через четвертый 8 резистор связан с инвертирующим входом первого 2 дифференциального операционного усилителя, причем неинвертирующий вход дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя соединен с общей шиной источников питания 7.
На чертеже фиг. 1 показана схема ПФ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 – схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.
На чертеже фиг. 3 приведены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики заявляемого полосового фильтра при подстройке частоты полюса ωp.
На чертеже фиг. 4 показаны амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики заявляемого полосового фильтра при подстройке затухания полюса dp.
На чертеже фиг. 5 представлены амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики заявляемого полосового фильтра при подстройке коэффициента передачи M.
Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров фиг. 2 содержит вход 1 устройства и первый 2 дифференциальный операционный усилитель, выход которого связан с выходом устройства 3, первый 4, второй 5 и третий 6 последовательно соединенные резисторы, которые включены между выходом устройства 3 и общей шиной источников питания 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11 и восьмой 12 резисторы, а также первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем общий узел первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов связан с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 2. В схему введен дополнительный дифференциальный операционный усилитель 15, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого 2 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой 11 резистор и первый 13 конденсатор, неинвертирующий вход первого 2 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания 7 через второй 14 конденсатор и через восьмой 12 резистор соединен с общим узлом последовательно соединенных второго 5 и третьего 6 резисторов, между входом 1 устройства и выходом дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя включены последовательно соединенные пятый 9 и шестой 10 резисторы, общий узел которых соединен с инвертирующим входом дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя и через четвертый 8 резистор связан с инвертирующим входом первого 2 дифференциального операционного усилителя, причем неинвертирующий вход дополнительного 15 дифференциального операционного усилителя соединен с общей шиной источников питания 7.
Рассмотрим работу схемы фиг. 2.
Свойства схемы классического полосового фильтра второго порядка, в том числе схемы фиг. 2, определяются его передаточной функцией [28]
где М – коэффициент передачи фильтра на центральной частоте; ωp – частота полюса; dp – затухание полюса.
Коэффициенты передаточной функции предлагаемой схемы полосового фильтра определяются по выражениям:
- коэффициент передачи
| , | (1) |
- частота полюса 
,2)
- затухание полюса
| , | (3) |
где 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
- сопротивления первого 4, второго 5, третьего 6, четвертого 8, пятого 9, шестого 10, седьмого 11 и восьмого 12 резисторов соответственно, 
, 
- емкости первого 13 и второго 14 конденсаторов соответственно.
Независимая настройка параметров ПФ фиг. 2 возможна тогда, когда при настройке последующего параметра схемы не потребуется изменять сопротивления резисторов, определяющие уже настроенный параметр. Из анализа полученных выше формул (1)-(3) для ωp, dp, М следует, что в предлагаемом ПФ фиг. 2 такая настройка осуществима в следующей последовательности:
Первый этап: настраивается частота полюса ωр путем изменения сопротивлений второго 5 и третьего 6 резисторов (R5 и R6). Далее номиналы этих резисторов фиксируются.
Второй этап: настраивается затухание полюса dp путем изменения сопротивлений четвертого 8 (R8) и шестого 10 (R10) резисторов. На втором этапе сопротивления второго 5 и третьего 6 резисторов (R5 и R6) не изменяются.
Третий этап: настраивается коэффициент передачи М путем изменения сопротивления пятого 9 (R9) и первого 4 (R4) резисторов. На этом этапе сопротивления второго 5 (R5), третьего 6 (R6), четвертого 8 (R8), шестого 10 (R10), седьмого 11 (R11) и восьмого 12 (R12) резисторов не изменяются.
Следует заметить, что другие известные схемы ПФ [1-28], выполненные на двух операционных усилителях, данным свойством не обладают.
Эффективность рассмотренного выше алгоритма настройки ПФ фиг. 2 подтверждаются результатами компьютерного моделирования (фиг. 3 - фиг. 5).
При моделировании схемы фиг. 2 собственная частота полюса RC-цепи
была выбрана равной 1000 Гц. В рассматриваемой схеме ПФ при любом соотношении сопротивлений второго 5 и третьего 6 резисторов (R5 и R6) частота полюса фильтра будет всегда ниже частоты полюса RC-цепи.
По виду ФЧХ фиг. 3 можно судить, что частота полюса ωр, на которой фазовый сдвиг равен -1800, изменяется за счет второго 5 и третьего 6 резисторов (R5 и R6) в относительно широких пределах.
По виду ФЧХ фиг. 4 можно установить, что при изменении сопротивлений четвертого 8 (R8) и шестого 10 (R10) резисторов изменяются наклон ФЧХ в области частоты полюса и подъем АЧХ на этой частоте. При этом частота полюса остается неизменной (ωр=const). При настройке затухания полюса изменяются частоты, на которых фазовый сдвиг составляет -1350 и -2250.
При изменении коэффициента М передачи на центральной частоте с помощью сопротивлений первого 4 (R4) и пятого 9 (R9) резисторов изменяется только общий уровень АЧХ, при этом ФЧХ не изменяется – фиг. 5.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом – обеспечивает независимую подстройку основных параметров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент SU 296228, 1971 г.
2. Патент SU 964977, 1982 г.
3. Патент SU 1629960, 1991 г.
4. Патент SU 1755364, 1992 г.
5. Патент SU 438095, 1974 г.
6. Патент RU 2154337, 2000 г.
7. Патент RU 2150782, 2000 г.
8. Патент RU 2089998, 1997 г.
9. Патент RU 2089041, 1997 г.
10. Патент SU 1777233, 1992 г.
11. Патент SU 792557, 1980 г.
12. Патент SU 807482, 1981 г.
13. Патент SU 1788570, 1993 г.
14. Патент RU 2019023, 1994 г.
15. Патент RU 2019024, 1994 г.
16. Патент RU 2165673, 2001 г.
17. Патент SU 987800, 1983 г.
18. Патент SU 376871,1973 г.
19. Патент SU 536590, 1976 г.
20. Патент SU 587602, 1978 г.
21. Патент SU 813690, 1981 г.
22. Патент SU 813694, 1981 г.
23. Патент SU 815868, 1981 г.
24. Патент US 3,946,328, 1976 г.
25. Патент SU 785954, 1980 г.
26. Патент US 4,659,995, 1987 г.
27. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 320 с.
28. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем / Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др.; Под ред. А.А. Ланнэ. – М.: Радио и связь, 1984. – 368 с.
29. Digital Potentiometers in the Tasks of Settings Precision Analog RC-filters Taking into Account the Tolerances for Passive Components / D.Yu. Denisenko, Y.I. Ivanov, N.N. Prokopenko, N.A. Dmitrienko // 18th IEEE International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM'2017) proceedings in. June 29 - July 3, 2017. – Pp. 205-210 DOI: 10.1109/EDM.2017.7981741.
Claims (1)
- Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров, содержащий вход (1) устройства и первый (2) дифференциальный операционный усилитель, выход которого связан с выходом устройства (3), первый (4), второй (5) и третий (6) последовательно соединенные резисторы, которые включены между выходом устройства (3) и общей шиной источников питания (7), четвертый (8), пятый (9), шестой (10), седьмой (11) и восьмой (12) резисторы, а также первый (13) и второй (14) конденсаторы, причем общий узел первого (4) и второго (5) последовательно соединенных резисторов связан с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя (2), отличающийся тем, что в схему введен дополнительный дифференциальный операционный усилитель (15), выход которого соединен с неинвертирующим входом первого (2) дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой (11) резистор и первый (13) конденсатор, неинвертирующий вход первого (2) дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания (7) через второй (14) конденсатор, и через восьмой (12) резистор соединен с общим узлом последовательно соединенных второго (5) и третьего (6) резисторов, между входом (1) устройства и выходом дополнительного (15) дифференциального операционного усилителя включены последовательно соединенные пятый (9) и шестой (10) резисторы, общий узел которых соединен с инвертирующим входом дополнительного (15) дифференциального операционного усилителя и через четвертый (8) резистор связан с инвертирующим входом первого (2) дифференциального операционного усилителя, причем неинвертирующий вход дополнительного (15) дифференциального операционного усилителя соединен с общей шиной источников питания (7).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106613A RU2701095C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106613A RU2701095C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701095C1 true RU2701095C1 (ru) | 2019-09-24 |
Family
ID=68063512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019106613A RU2701095C1 (ru) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701095C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718210C1 (ru) * | 2019-11-21 | 2020-03-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Активный rc-фильтр нижних частот с одноэлементной перестройкой частоты полюса на дифференциальных и мультидифференциальном операционных усилителях |
| RU2718830C1 (ru) * | 2019-11-25 | 2020-04-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров |
| RU2718709C1 (ru) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
| RU2720558C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659995A (en) * | 1983-08-12 | 1987-04-21 | Karl-Heinz Feistel | Active fourth-degree filter element |
| RU2154337C1 (ru) * | 1999-11-30 | 2000-08-10 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Полосовой arc-фильтр с повышением частоты полюса |
| EP1213834A2 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-12 | Nokia Corporation | A method for tuning a filter |
| US9071430B2 (en) * | 2012-02-07 | 2015-06-30 | Rf Micro Devices, Inc. | RF transceiver with distributed filtering topology |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106613A patent/RU2701095C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4659995A (en) * | 1983-08-12 | 1987-04-21 | Karl-Heinz Feistel | Active fourth-degree filter element |
| RU2154337C1 (ru) * | 1999-11-30 | 2000-08-10 | Таганрогский государственный радиотехнический университет | Полосовой arc-фильтр с повышением частоты полюса |
| EP1213834A2 (en) * | 2000-12-04 | 2002-06-12 | Nokia Corporation | A method for tuning a filter |
| US9071430B2 (en) * | 2012-02-07 | 2015-06-30 | Rf Micro Devices, Inc. | RF transceiver with distributed filtering topology |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2154337 C1, 10.098.2000. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2718210C1 (ru) * | 2019-11-21 | 2020-03-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Активный rc-фильтр нижних частот с одноэлементной перестройкой частоты полюса на дифференциальных и мультидифференциальном операционных усилителях |
| RU2718709C1 (ru) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
| RU2718830C1 (ru) * | 2019-11-25 | 2020-04-14 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров |
| RU2720558C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2701095C1 (ru) | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2704530C1 (ru) | Широкополосный полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| US6344773B1 (en) | Flexible monolithic continuous-time analog low-pass filter with minimal circuitry | |
| US7075364B2 (en) | Active-RC filter with compensation to reduce Q enhancement | |
| RU2677362C1 (ru) | Активный rc-фильтр | |
| RU2697944C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| US6268766B1 (en) | Band pass filter from two notch filters | |
| RU2656728C1 (ru) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров | |
| RU2701038C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2694135C1 (ru) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2694134C1 (ru) | Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с повышением частоты полюса и независимой подстройкой основных параметров | |
| RU199745U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный активный RC-фильтр | |
| US5282252A (en) | Audio equalizer providing reciprocal equalization plus infinite-depth notch | |
| RU2721404C1 (ru) | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722752C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| US4012704A (en) | Active amplitude equalizers | |
| RU2722602C1 (ru) | Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2720558C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2718709C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU168065U1 (ru) | Перестраиваемый активный амплитудный rc-корректор | |
| RU2718830C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| US4994693A (en) | Second order active filters | |
| Nikolić et al. | A tunable bandwidth 6th-order active low-pass filter in 0.18 um CMOS technology | |
| RU2797040C1 (ru) | Фильтр низких частот на основе мультидифференциального операционного усилителя | |
| RU59911U1 (ru) | Регулируемый активный режекторный фильтр |