RU2721404C1 - Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров - Google Patents
Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721404C1 RU2721404C1 RU2019141018A RU2019141018A RU2721404C1 RU 2721404 C1 RU2721404 C1 RU 2721404C1 RU 2019141018 A RU2019141018 A RU 2019141018A RU 2019141018 A RU2019141018 A RU 2019141018A RU 2721404 C1 RU2721404 C1 RU 2721404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- differential operational
- operational amplifier
- output
- resistors
- pole
- 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
-
- 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
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание 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). Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров содержит дифференциальные операционные усилители, резисторы и конденсаторы, соединенные между собой таким образом, чтобы обеспечить неизменной частоту полюса, а также обеспечить настройку затухания с заданным фазовым сдвигом. Причем при настройке коэффициента передачи путем изменения первого резистора (5) ФЧХ практически не изменяется, изменяется только общий уровень АЧХ. 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 активный RC-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 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12 и девятый 13 резисторы, причем девятый 13 резистор включен между неинвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя и общей шиной источника питания 14, а выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства, первый 15 и второй 16 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 активном RC-фильтре фиг. 2, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12 и девятый 13 резисторы, причем девятый 13 резистор включен между неинвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя и общей шиной источника питания 14, а выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства, первый 15 и второй 16 конденсаторы, предусмотрены новые связи – выход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные первый 15 конденсатор и шестой 10 резистор, выход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с неинверетирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой 11 и восьмой 12 резисторы, общий узел которых соединен с общим узлом последовательно соединенных первого 15 конденсатора и шестого 10 резистора через пятый 9 резистор, выход 2 устройства соединен с общей шиной источника питания 14 через последовательно соединенные третий 7 и четвертый 8 резисторы, общий узел которых соединен с неинвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, причем между инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя и выходом 2 устройства включен второй 16 конденсатор.
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. 3 при настройке частоты полюса последовательно соединенными резисторами R11 и R12.
На чертеже фиг. 4 приведены АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке затухания полюса (ds) с помощью резисторов R7, R8, R6, R13.
На чертеже фиг. 5 показаны графики изменения АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке коэффициента передач (M) с помощью резистора R5.
Активный RC-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 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12 и девятый 13 резисторы, причем девятый 13 резистор включен между неинвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя и общей шиной источника питания 14, а выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства, первый 15 и второй 16 конденсаторы. Выход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные первый 15 конденсатор и шестой 10 резистор, выход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с неинверетирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой 11 и восьмой 12 резисторы, общий узел которых соединен с общим узлом последовательно соединенных первого 15 конденсатора и шестого 10 резистора через пятый 9 резистор, выход 2 устройства соединен с общей шиной источника питания 14 через последовательно соединенные третий 7 и четвертый 8 резисторы, общий узел которых соединен с неинвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, причем между инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя и выходом 2 устройства включен второй 16 конденсатор.
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 седьмого 11 и восьмого 12 резисторов (R11 и R12). Далее номиналы этих резисторов фиксируются.
Второй этап: настраивается затухание полюса ds путем изменения сопротивлений резисторов третьего 7 (R7) и четвертого 8 (R8) или второго 6 (R6) и девятого 13 (R13) резисторов. На втором этапе сопротивления седьмого 11 и восьмого 12 резисторов (R11 и R12) не изменяются.
Третий этап: настраивается коэффициент передачи М путем изменения сопротивления первого 5 резистора (R5). На этом этапе сопротивления второго 6 (R6), третьего 7 (R7), четвертого 8 (R8), седьмого 11 (R11), восьмого 12 (R12), девятого 13 (R13) 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 0°, изменяется за счет седьмого 11 и восьмого 12 резисторов (R11 и R12) в относительно широких пределах.
По виду ФЧХ фиг. 4 можно установить, что при изменении сопротивлений третьего 7, четвертого 8, второго 6 и девятого 13 резисторов (R7, R8, R6, R13) изменяется наклон ФЧХ в области частоты полюса, а также изменяется подъем АЧХ на этой частоте. При этом частота полюса остается неизменной (ωs=const). При настройке затухания полюса изменяются частоты, на которых фазовый сдвиг составляет 45° и -45°.
При настройке коэффициента передачи путём изменения первого 5 (R5) резистора ФЧХ практически не изменяется, а изменяется только общий уровень АЧХ (фиг. 5).
При проектировании фильтров на основе рассмотренной схемы сопротивление пятого 9 резистора (R9) желательно выбирать значительно больше эквивалентного сопротивления резистивного делителя напряжения, состоящего из седьмого 11 и восьмого 12 резисторов (R11 и R12), 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)
- Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров, содержащий вход (1) и выход (2) устройства, первый (3) и второй (4) дифференциальные операционные усилители, первый (5) и второй (6) последовательно соединенные резисторы, включенные между входом (1) устройства и выходом второго (4) дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго (4) дифференциального операционного усилителя, третий (7), четвертый (8), пятый (9), шестой (10), седьмой (11), восьмой (12) и девятый (13) резисторы, причем девятый (13) резистор включен между неинвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя и общей шиной источника питания (14), а выход первого (3) дифференциального операционного усилителя соединен с выходом (2) устройства, первый (15) и второй (16) конденсаторы, отличающийся тем, что выход второго (4) дифференциального операционного усилителя связан с инвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные первый (15) конденсатор и шестой (10) резистор, выход первого (3) дифференциального операционного усилителя связан с неинвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные седьмой (11) и восьмой (12) резисторы, общий узел которых соединен с общим узлом последовательно соединенных первого (15) конденсатора и шестого (10) резистора через пятый (9) резистор, выход (2) устройства соединен с общей шиной источника питания (14) через последовательно соединенные третий (7) и четвертый (8) резисторы, общий узел которых соединен с неинвертирующим входом второго (4) дифференциального операционного усилителя, причем между инвертирующим входом первого (3) дифференциального операционного усилителя и выходом (2) устройства включен второй (16) конденсатор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141018A RU2721404C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141018A RU2721404C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2721404C1 true RU2721404C1 (ru) | 2020-05-19 |
Family
ID=70735174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141018A RU2721404C1 (ru) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721404C1 (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 |
| RU2694134C1 (ru) * | 2018-09-11 | 2019-07-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с повышением частоты полюса и 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
- 2019-12-12 RU RU2019141018A patent/RU2721404C1/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 |
| RU2694134C1 (ru) * | 2018-09-11 | 2019-07-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с повышением частоты полюса и 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 |
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 | |
| US6344773B1 (en) | Flexible monolithic continuous-time analog low-pass filter with minimal circuitry | |
| RU2677362C1 (ru) | Активный rc-фильтр | |
| RU2697944C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| WO2001048924A1 (en) | Band pass filter from two notch filters | |
| RU2656728C1 (ru) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров | |
| RU2694134C1 (ru) | Полосовой arc-фильтр на двух операционных усилителях с повышением частоты полюса и независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2721404C1 (ru) | Активный RC-фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2701038C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722752C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| RU2694135C1 (ru) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722602C1 (ru) | Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2718709C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2720558C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях 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 | |
| RU2718830C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU199745U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный активный RC-фильтр | |
| RU2721405C1 (ru) | Универсальный программируемый ARC- фильтр на основе матриц R-2R | |
| RU2718212C1 (ru) | Универсальный программируемый arc-фильтр | |
| RU2736239C1 (ru) | Универсальный полосовой и режекторный фильтр с регулируемой полосой пропускания | |
| RU2154337C1 (ru) | Полосовой arc-фильтр с повышением частоты полюса | |
| RU2749605C1 (ru) | Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка | |
| RU171584U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный фильтр |