AT384327B

AT384327B - Aktive rc-filteranordnung aus einem oder mehreren bandpassfiltern mit mehrfachgegenkopplung

Info

Publication number: AT384327B
Application number: AT0314883A
Authority: AT
Inventors: Bruno Ing Enichlmayr
Original assignee: Uher Ag
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1983-09-02
Publication date: 1987-10-27
Also published as: ATA314883A

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive RC-Filteranordnung aus Bandpassfiltern mit Mehrfachgegen- kopplung, welche auf die Durchlassmittenfrequenz oder zu dieser geringfügig versetzt abgestimmt sind, zur Verwendung in Rundsteueranlagen, wobei jedes Bandpassfilter aus einem nicht temperatur- abhängigen Eingangs- sowie Rückführwiderstand, zwei Siebkondensatoren, einem Verstärker und einem Ableitwiderstand besteht und bei denen der Ableitwiderstand und die beiden Siebkonden- satoren jeweils mit einem Ende miteinander und mit dem dem Eingang der RC-Siebschaltung abgewendeten Ende des Eingangswiderstandes, der Rückführwiderstand mit seinem einen Ende mit dem Verstärkereingang und der Eingang des Verstärkers mit dem andern Ende des ersten
Siebkondensators und die andern Enden des zweiten Siebkondensators und des Rückführwiderstandes mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind.

Bandpassfilter mit Mehrfachgegenkopplung sind aus der Literatur bekannt, beispielsweise aus dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk (S. 308 bis 310),
Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980,5. Auflage, aus dem Buch von R. Best :"Hand- buch der analogen und digitalen Filterungstechnik", AT-Verlag Aarau, Stuttgart, (S. 67 bis
71, Bild 20) oder aus der AT-PS Nr. 340522. Aus den angegebenen Literaturstellen geht der Ein- fluss der in dem Bandpassfilter verwendeten Widerstände auf Verstärkung, Güte und Resonanz- frequenz der Schaltung hervor, wobei auch nachregelbare bzw. trimmbare Widerstände angege- ben sind.

Als Beispiel zeigt Fig. 1 eine derartige Filteranordnung, bestehend aus den beiden Bandpass- filtern --I und II--, deren Übertragungsfunktionen in Fig. 2 dargestellt sind. Jedes dieser
Bandpassfilter ist ein Bandpass 2. Ordnung. Für die erforderliche Selektivität von Rundsteuer- empfängern ist meist eine Anordnung bestehend aus 2 in Kaskade geschalteten Bandpassfiltern ausreichend, was einen Bandpass 4. Ordnung ergibt. Die Gesamtübertragungsfunktion --III-- ergibt sich aus dem Produkt der Übertragungsfunktionen der beiden Bandpassfilter-I und II--.

Die Übertragungsfunktion jedes Bandpassfilters besitzt ein Maximum bei seiner Resonanzfre- quenz (f bzw. f ). Durch eine temperaturbedingte Variation der resonanzfrequenzbestimmenden
Bauteile --1 bis 8-- des Bandpassfilters --I-- ändert sich die Resonanzfrequenz foi desselben und damit die Übertragungsfunktion bei vorgegebener konstanter Signalfrequenz. Dasselbe gilt für die Bauteile --101 bis 108--, Bandpassfilter-II-- und f .

Bei hohen Güten der einzelnen Bandpassfilter und Abstimmung auf Durchlassmittenfrequenz, also Nennsteuerfrequenz des Rundsteuerempfängers, ergibt sich eine spitze Resonanzkurze des
Gesamtfilters, so dass eine geringfügige Abweichung der Steuerfrequenz von ihrem Nennwert zu einer entsprechenden Erhöhung der Ansprechspannung führen würde.

Bei Rundsteuerempfängern ist es erwünscht, dass einerseits die Selektivitätskurve in unmittel- barer Nähe der Durchlassmittenfrequenz einen annähernd konstanten, von der Steuerfrequenz unabhängigen Verlauf der Übertragungsfunktion aufweist, um den Toleranzeinfluss der gesen- deten Steuerfrequenz auf die Ansprechspannung des Empfängers gering zu halten, anderseits soll bei Vergrösserung des Steuerfrequenzabstandes von der Nennsteuerfrequenz die Übertragungs- funktion steil abfallen, um den Empfänger gegen Störfrequenzen unempfindlich zu machen.

Eine derartige Filtercharakteristik wird beispielsweise bei 2stufigen Filtern dadurch erreicht, dass die beiden Bandpassfilter symmetrisch zur Durchlassmittenfrequenz versetzt abgestimmt sind.

Wird ein solches Filter mit Nennsteuerfrequenz betrieben, so bedeutet dies, dass die einzelnen
Bandpassfilter neben ihrer Resonanzfrequenz, also auf der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke ihrer Selektivitätskurven betrieben werden (s. Fig. 2).

Eine bauteilbedingte Änderung der Resonanzfrequenz eines Bandpassfilters verursacht eine deutliche Änderung seiner Übertragungsfunktion bei Nennsteuerfrequenz. Ändern sich die Resonanz- frequenzen der beiden Bandpassfilter gegensinnig, so ist der Einfluss der beiden Bandpassfilter auf die Änderung der Ausgangsspannung des Gesamtfilters gleichsinnig und daher besonders deutlich.

Für die temperaturabhängige Änderung der Ausgangsspannung eines derartigen Filters bei einem Eingangssignal von konstanter Frequenz und Amplitude ist somit die Streuung der
Temperaturkoeffizienten der einzelnen die Resonanzfrequenz der Bandpassfilter bestimmenden Bau- elemente verantwortlich.

Während Metallfilmwiderstände mit geringem Temperaturkoeffizienten relativ preiswert zur
Verfügung stehen, ist der Einsatz von Kondensatoren mit ähnlich guten Eigenschaften ökonomisch nicht vertretbar.

Kondensatoren mit geringer Streuung des Temperaturkoeffizienten sind unter bestimmten
Voraussetzungen relativ preiswert erhältlich (Polypropylen-, Polystyrenkondensatoren), der typische
Grundwert des Temperaturkoeffizienten führt jedoch zu einer Parallelverschiebung der Gesamtfil- terkurve, wodurch die Selektivität gegenüber benachbarten Störfrequenzen temperaturabhängig deutlich verändert würde.

Um den hohen Anforderungen eines Filters für Rundsteuerempfänger gerecht zu werden, muss die Temperaturabhängigkeit der Filterkurve sowohl bezüglich Selektivität als auch bezüglich Übertragungsfunktion bei Nennsteuerfrequenz möglichst gering sein. Von besonderer Bedeutung bei der Lösung dieser Aufgabe sind die Fertigkosten und die Zuverlässigkeit der gefundenen Lösung.

Die Erfindung besteht darin, dass bei einer eingangs genannten aktiven RC-Filteranordnung der Ableitwiderstand derart temperaturabhängig ausgebildet ist, dass er die im wesentlichen durch die Siebkondensatoren verursachte Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz weitgehend kompensiert, wobei der Ableitwiderstand vorzugsweise aus einem an sich bekannten, einen temperaturabhängigen Widerstand enthaltenden Widerstandsnetzwerk besteht.

Durch die erfindungsgemässe Massnahme ist es möglich, auf einfache und sichere Weise die Kreisgüte Q der Schaltung zu erhöhen, da die Temperaturabhängigkeit der Filterkurve verringert ist.

Ein Ausführungsbeispiel soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Wie die Fig. 1 zeigt, bestehen die in der Filteranordnung verwendeten aktiven RC-Siebschaltungen grundsätzlich aus einem Eingangswiderstand-1, 101--, einem Ableitwiderstand--2 bis 5,102 bis 105--, zwei Siebkondensatoren, --6, 7 bzw. 106, 107--, einem Rückführwiderstand-8, 108- und einem Verstärker --10, 110--. Der Ableitwiderstand --2 bis 5,102 bis 105-- und die beiden Siebkondensatoren --6, 7 bzw. 106, 107-- sind jeweils mit einem Ende miteinander und mit dem dem Eingang der RC-Siebschaltung abgewendeten Ende des Eingangswiderstandes--1, 101-- verbunden.

Das eine Ende des Rückführwiderstandes-8, 108-- und der Eingang des Verstärkers - -10, 110-- sind an das andere Ende des ersten Siebkondensators-6, 106-- angeschlossen. Schliesslich sind die andern Enden des zweiten Siebkondensators-7, 107-- und des Rückführwiderstan-
EMI2.1

Um den vorwiegend von den in Fig. 1 dargestellten Kondensatoren --6, 7 bzw. 106, 107-herrührenden Grundwert der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz f. bzw. f zu kompensieren, beinhalten in Ausführung des Erfindungsgedankens die für den Resonanzfrequenzabgleich vorgesehenen, als Ableitwiderstand fungierenden Widerstandsnetzwerke --2 bis 5 bzw.

102 bis 105-- je einen Kompensationswiderstand --2 bzw. 102--, der zusammen mit den Wider- ständen --3 bis 5 bzw. 103 bis 105-- die gewünschte Temperaturkompensation bewirkt. Der Temperaturkoeffizient des für den Frequenzabgleich vorgesehenen Widerstandsnetzwerkes --2 bis 5 bzw. 102 bis 105-- wird dem mittleren Temperaturkoeffizienten der Siebkondensatoren--6, 7 bzw. 106, 107-- in seinem Betrag angepasst, besitzt jedoch entgegengesetztes Vorzeichen, so dass eine weitgehende Kompensation erreicht wird.

Die Anordnung eines Widerstandsnetzwerkes erweist sich aus praktischer Erfahrung aus zweierlei Gründen als vorteilhaft. Aus der Berechnung der erforderlichen Schaltelemente, bei der notwendigerweise von erhältlichen genormten Kapazitätswerten auszugehen ist, ergeben sich sehr unübliche Widerstandswerte. So ergibt ein Zahlenbeispiel aus der Literatur für ein Filter mit der Resonanzfrequenz 10 Hz und einem Kapazitätswert von 1 iF einen Wert für den Ableitwiderstand von 79, 5 Ohm. Ein anderes Beispiel mit derselben Resonanzfrequenz und einem Kapazitätswert von 2, 2 nF ergibt 482, 5 Ohm. Derartige Werte sind nun in der Praxis am ehesten durch kombinierte Serien-und Parallelschaltungen zu erzielen, wenn genormte Widerstandswerte verwendet werden sollen.

Durch Einschaltung eines Widerstandes parallel zum temperaturabhängigen Widerstand --R2-- kann wahlweise auch eine nichtlineare resultierende Temperatur-Widerstands-

kennlinie erzielt werden, die bereichsweise Abschnitte unterschiedlicher Steilheit zur Auswertung anbietet.

Hier ist, zum Unterschied von den in der US-PS Nr. 3, 715, 609 sowie der DD-PS Nr. 74310 geoffenbarten Anordnungen ein inniger Wärmekontakt zwischen temperaturabhängigem Widerstand - -2, 102-- und einem, Verlustwärme erzeugenden und hinsichtlich seiner, eine Verstimmung ver- ursachenden Wirkung zu kompensierenden andern Element der Schaltung nicht erforderlich und daher überflüssig.

Es ist nämlich bei Rundsteuerempfängern, die während eines Tages höchstens
20mal mit Impulstelegrammen von 30 s Dauer, d. h. mit einer tatsächlichen Impulsdauersumme von wenigen Sekunden beaufschlagt werden, die Temperatur der Bauelemente lediglich zum einen, sehr geringen Teil vom sehr kleinen und konstanten Ruhestrom und zum überwiegenden andern
Teil durch die Umgebungstemperatur bestimmt, die sehr langsamen Schwankungen unterworfen ist und von aussen in gleicher Weise auf alle Bauteile einwirkt.

Die vorliegende Schaltungsanordnung ist geeignet, den Grundwert des Temperaturkoeffizien- ten der einzelnen Resonanzfrequenzen, der vorwiegend von den Siebkondensatoren stammt, weit- gehend aufzuheben.

Claims

PATENTANSPRUCH : Aktive RC-Filteranordnung aus Bandpassfiltern mit Mehrfachgegenkopplung, welche auf die Durchlassmittenfrequenz oder zu dieser geringfügig versetzt abgestimmt sind, zur Verwendung in Rundsteueranlagen, wobei jedes Bandpassfilter aus einem nicht temperaturabhängigen Eingangs- sowie Rückführwiderstand, zwei Siebkondensatoren, einem Verstärker und einem Ableitwiderstand besteht und bei denen der Ableitwiderstand und die beiden Siebkondensatoren jeweils mit einem Ende miteinander und mit dem dem Eingang der RC-Siebschaltung abgewendeten Ende des Ein- gangswiderstandes,

der Rückführwiderstand mit seinem einen Ende mit dem Verstärkereingang und der Eingang des Verstärkers mit dem andern Ende des ersten Siebkondensators und die andern Enden des zweiten Siebkondensators und des Rückführwiderstandes mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitwiderstand derart tem- peraturabhängig ausgebildet ist, dass er die im wesentlichen durch die Siebkondensatoren (6, 7 bzw. 106, 107) verursachte Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz weitgehend kompensiert, wobei der Ableitwiderstand vorzugsweise aus einem an sich bekannten, einen temperaturabhän- gigen Widerstand (2, 102) enthaltenden Widerstandsnetzwerk (2 bis 5,102 bis 105) besteht.