RU2718709C1 - Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров - Google Patents
Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718709C1 RU2718709C1 RU2019137557A RU2019137557A RU2718709C1 RU 2718709 C1 RU2718709 C1 RU 2718709C1 RU 2019137557 A RU2019137557 A RU 2019137557A RU 2019137557 A RU2019137557 A RU 2019137557A RU 2718709 C1 RU2718709 C1 RU 2718709C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistors
- operational amplifier
- differential operational
- resistor
- output
- 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
- H03H11/12—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
- H03H11/123—Modifications to reduce sensitivity
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H17/00—Networks using digital techniques
- H03H17/02—Frequency selective networks
- H03H17/0283—Filters characterised by the filter structure
- H03H17/0286—Combinations of filter structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат заключается в обеспечении полосового фильтра с более низкой параметрической чувствительностью при независимой подстройке трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωs), затухания полюса (ds), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М). Это достигается за счет настройки частоты полюса путем изменения сопротивлений второго и третьего резисторов, настройки затухания полюса путем изменения сопротивлений первого и четвертого или шестого резисторов, настройки коэффициента передачи М путем изменения сопротивления пятого резистора. 5 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике 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]. В данном классе устройств особое место занимают фильтры с независимой подстройкой основных параметров [29-33].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является полосовой фильтр по патенту RU 2694134, фиг. 2, 2019 г. Он содержит (фиг. 1) вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5, второй 6 и третий 7 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, связанного с выходом 2 устройства, и общей шиной источника питания 8, причем общий узел первого 5 и второго 6 последовательно соединенных резисторов подключен к инвертирующему входу первого 3 дифференциального операционного усилителя, четвертый 9 и пятый 10 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя и входом 1 устройства, причем неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя соединен с общим узлом последовательно соединенных четвертого 9 и пятого 10 резисторов и связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через шестой 11 резистор, а неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источника питания 8, седьмой 12 и восьмой 13 резисторы, а также первый 14 и второй 15 конденсаторы.
Существенный недостаток полосового фильтра-прототипа фиг. 1 состоит в том, что он не обеспечивает низкую параметрическую чувствительность при настройке добротности.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании схемы полосового фильтра с более низкой параметрической чувствительностью при независимой подстройке трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωs), затухания полюса (ds), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М).
Поставленная задача достигается тем, что в полосовом фильтре фиг. 2, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5, второй 6 и третий 7 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, связанного с выходом 2 устройства, и общей шиной источника питания 8, причем общий узел первого 5 и второго 6 последовательно соединенных резисторов подключен к инвертирующему входу первого 3 дифференциального операционного усилителя, четвертый 9 и пятый 10 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя и входом 1 устройства, причем неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя соединен с общим узлом последовательно соединенных четвертого 9 и пятого 10 резисторов и связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через шестой 11 резистор, а неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источника питания 8, седьмой 12 и восьмой 13 резисторы, а также первый 14 и второй 15 конденсаторы, предусмотрены новые элементы и связи – выход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с неинвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные конденсатор 15 и восьмой 13 резистор, причем общий узел второго 15 конденсатора и восьмого 13 резистора соединен с выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя через первый 14 конденсатор и соединен с общим узлом последовательно соединенных второго 6 и третьего 7 резисторов через седьмой 12 резистор, кроме этого, неинвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания 8 через дополнительный конденсатор 16.
На чертеже фиг. 1 представлена схема ПФ-прототипа.
На чертеже фиг. 2 приведена схема заявляемого ПФ в соответствии с формулой изобретения.
На чертеже фиг. 3 представлены графики изменения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик ПФ фиг.2 при настройке частоты полюса последовательно соединенными вторым 6 (R6) и третьем 7 (R7) резисторами.
На чертеже фиг. 4 приведены АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке затухания полюса (ds) с помощью первого 5 (R5), четвертого 9 (R9) и шестого 11(R11) резисторов.
На чертеже фиг. 5 показаны графики изменения АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке коэффициента передач (M) с помощью пятого 10 (R10) резистора.
Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5, второй 6 и третий 7 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, связанного с выходом 2 устройства, и общей шиной источника питания 8, причем общий узел первого 5 и второго 6 последовательно соединенных резисторов подключен к инвертирующему входу первого 3 дифференциального операционного усилителя, четвертый 9 и пятый 10 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя и входом 1 устройства, причем неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя соединен с общим узлом последовательно соединенных четвертого 9 и пятого 10 резисторов и связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через шестой 11 резистор, а неинвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источника питания 8, седьмой 12 и восьмой 13 резисторы, а также первый 14 и второй 15 конденсаторы, отличающийся тем, что выход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с неинвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные конденсатор 15 и восьмой 13 резистор, причем общий узел второго 15 конденсатора и восьмого 13 резистора соединен с выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя через первый 14 конденсатор и соединен с общим узлом последовательно соединенных второго 6 и третьего 7 резисторов через седьмой 12 резистор, кроме этого, неинвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания 8 через дополнительный конденсатор 16.
Рассмотрим работу ПФ фиг. 2.
Свойства схемы классического полосового фильтра второго порядка, в том числе схемы фиг. 2, определяются его передаточной функцией
где М – коэффициент передачи фильтра на центральной частоте; ωp – частота полюса; dp – затухание полюса.
Коэффициенты передаточной функции предлагаемой схемы ПФ определяются по выражениям:
- коэффициент передачи
где
- частота полюса
- затухание полюса
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 формул для ωp, dp, М следует, что в предлагаемом ПФ фиг. 2 такая настройка осуществима в следующей последовательности:
Первый этап: настраивается частота полюса ωs путем изменения сопротивлений второго 6 и третьего 7 резисторов (R6 и R7). Далее номиналы этих резисторов фиксируются.
Второй этап: настраивается затухание полюса ds путем изменения сопротивлений резисторов первого 5 (R5) и четвертого 9 (R9) или шестого 11 (R11) резисторов. На втором этапе сопротивления второго 6 и третьего 7 резисторов (R6 и R7) не изменяются.
Третий этап: настраивается коэффициент передачи М путем изменения сопротивления пятого 10 резистора (R10). На этом этапе сопротивления первого 5 (R5), второго 6 (R6), третьего 7 (R7), четвертого (R9), шестого 11 (R11) резисторов не изменяются.
Следует заметить, что другие известные схемы ПФ с низкой параметрической чувствительностью, 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).
По виду ФЧХ фиг. 3 можно судить, что частота полюса ωs, на которой фазовый сдвиг равен -1800, изменяется за счет второго 6 и третьего 7 резисторов (R6 и R7) в относительно широких пределах.
По виду ФЧХ фиг. 4 можно установить, что при изменении сопротивлений первого 5 и четвертого 9 резисторов (R5, R9) изменяется наклон ФЧХ в области частоты полюса, а также изменяется подъем АЧХ на этой частоте. При этом частота полюса остается неизменной (ωs=const).
Аналогичные результаты получаются при изменении сопротивления шестого 11 (R11) резистора (фиг. 4). При настройке затухания полюса изменяются частоты, на которых фазовый сдвиг составляет -1350 и -2250.
При проектировании фильтров на основе рассмотренной схемы сопротивление седьмого 12 резистора (R12) следует выбирать значительно больше эквивалентного сопротивления резистивного делителя напряжения, состоящего из второго 6 и третьего 7 резисторов (R6 и R7), то есть необходимо выполнять соотношение
В сравнении с известными ПФ, заявляемая схема ПФ имеет более низкую параметрическую чувствительность при настройке равных добротностей.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.
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. Патент RU 2688237, 2019 г.
30. Патент RU 2694134, 2019 г.
31. Патент RU 2701095, 2019 г.
32. Патент RU 2697944, 2019 г.
33. Патент RU 2701038, 2019 г.
Claims (1)
- Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров, содержащий вход (1) и выход (2) устройства, первый (3) и второй (4) дифференциальные операционные усилители, первый (5), второй (6) и третий (7) последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго (4) дифференциального операционного усилителя, связанного с выходом (2) устройства, и общей шиной источника питания (8), причем общий узел первого (5) и второго (6) последовательно соединенных резисторов подключен к инвертирующему входу первого (3) дифференциального операционного усилителя, четвертый (9) и пятый (10) последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом второго (4) дифференциального операционного усилителя и входом (1) устройства, причем неинвертирующий вход второго (4) дифференциального операционного усилителя соединен с общим узлом последовательно соединенных четвертого (9) и пятого (10) резисторов и связан с инвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя через шестой (11) резистор, а неинвертирующий вход второго (4) дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источника питания (8), седьмой (12) и восьмой (13) резисторы, а также первый (14) и второй (15) конденсаторы, отличающийся тем, что выход первого (3) дифференциального операционного усилителя связан с неинвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные конденсатор (15) и восьмой (13) резистор, причем общий узел второго (15) конденсатора и восьмого (13) резистора соединен с выходом второго (4) дифференциального операционного усилителя через первый (14) конденсатор и соединен с общим узлом последовательно соединенных второго (6) и третьего (7) резисторов через седьмой (12) резистор, кроме этого, неинвертирующий вход первого (3) дифференциального операционного усилителя связан с общей шиной источников питания (8) через дополнительный конденсатор (16).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019137557A RU2718709C1 (ru) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019137557A RU2718709C1 (ru) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718709C1 true RU2718709C1 (ru) | 2020-04-14 |
Family
ID=70277723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019137557A RU2718709C1 (ru) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718709C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1675263A1 (en) * | 2004-12-23 | 2006-06-28 | Lucent Technologies Inc. | Controlling Q-factor of filters |
| US20170141760A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | Qualcomm Incorporated | Baseband filters and interfaces between a digital-to-analog converter and a baseband filter |
| WO2018215973A1 (en) * | 2017-05-24 | 2018-11-29 | Jorgen Nielsen | Apparatus and method for controlling a resonator |
| RU2701095C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2019-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
| RU2704530C1 (ru) * | 2019-03-07 | 2019-10-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Широкополосный полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи |
-
2019
- 2019-11-22 RU RU2019137557A patent/RU2718709C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1675263A1 (en) * | 2004-12-23 | 2006-06-28 | Lucent Technologies Inc. | Controlling Q-factor of filters |
| US20170141760A1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-18 | Qualcomm Incorporated | Baseband filters and interfaces between a digital-to-analog converter and a baseband filter |
| WO2018215973A1 (en) * | 2017-05-24 | 2018-11-29 | Jorgen Nielsen | Apparatus and method for controlling a resonator |
| RU2704530C1 (ru) * | 2019-03-07 | 2019-10-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Широкополосный полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи |
| RU2701095C1 (ru) * | 2019-03-11 | 2019-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2704530C1 (ru) | Широкополосный полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| RU2701095C1 (ru) | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2677362C1 (ru) | Активный rc-фильтр | |
| RU170069U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный фильтр | |
| JPS6244443B2 (ru) | ||
| RU2656728C1 (ru) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров | |
| RU2697944C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| EP1260022A1 (en) | Band pass filter from two notch filters | |
| RU2694134C1 (ru) | Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с повышением частоты полюса и независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2718709C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2701038C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722602C1 (ru) | Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2694135C1 (ru) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722752C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| RU2720558C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2721404C1 (ru) | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2718830C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2748609C1 (ru) | Фильтр низких частот четвертого порядка | |
| Sutthikarn et al. | Tunable bandpass/bandstop digital filters basedon 1 st-order allpass network instead of unit delay | |
| RU156095U1 (ru) | Полосовой перестраиваемый фильтр | |
| RU199745U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный активный RC-фильтр | |
| RU2721405C1 (ru) | Универсальный программируемый ARC- фильтр на основе матриц R-2R | |
| RU2154337C1 (ru) | Полосовой arc-фильтр с повышением частоты полюса | |
| RU2610835C2 (ru) | Входное устройство однотрактового многодиапазонного радиоприемника | |
| RU2749605C1 (ru) | Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка |