DE1541972C3 - Electric filter circuit - Google Patents

Electric filter circuit

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DE1541972C3 DE19671541972 DE1541972A DE1541972C3 DE 1541972 C3 DE1541972 C3 DE 1541972C3 DE 19671541972 DE19671541972 DE 19671541972 DE 1541972 A DE1541972 A DE 1541972A DE 1541972 C3 DE1541972 C3 DE 1541972C3
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Nullstellenpaaren der Filterübertragungsfunktion herzustellen. Establish zero pairs of the filter transfer function.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Filterschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers, der in seinem Eingang und/oder seinem Ausgang ein Gegentaktklemmenpaar hat und der über ein frequenzselektives, nur aus Widerständen und Kondensatoren bestehendes Netzwerk gegengekoppelt ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das im Gegenkopplungsweg liegende Netzwerk zumindest eine Brückenschaltung enthält, von der zwei Zweige durch die Zusammenschaltung von wenigstens einem Widerstand mit wenigstens einem Kondensator und die beiden anderen Zweige durch das Gegentaktklemmenpaar des Operationsverstärkers gebildet sind, und daß die aus Widerständen und Kondensatoren gebildeten Zweige dieser Brückenschaltung derart in der Frequenzabhängigkeit ihres Scheinwiderstandes unterschiedlich sind, daß hierdurch, wie an sich bekannt, ein Nullstellenpaar der Dämpfungsfunktion der Ubertragungsdämpfung festgelegt ist.This task is performed with an electrical filter circuit using an operational amplifier, which has a push-pull terminal pair in its input and / or its output and the fed back via a frequency-selective network consisting only of resistors and capacitors is solved according to the invention in that the network lying in the negative feedback path contains at least one bridge circuit, of which two branches by the interconnection of at least a resistor with at least one capacitor and the other two branches through the pair of push-pull terminals of the operational amplifier are formed, and that the resistors and capacitors formed branches of this bridge circuit in such a way in the frequency dependence of their Impedance are different that this, as known per se, a pair of zeros Attenuation function of the transmission attenuation is set.

Vorzugsweise enthält ein Brückenzweig eine Reihenschaltung und ein weiterer Brückenzweig eine Parallelschaltung von Widerständen und Kondensatoren. One branch of the bridge preferably contains a series circuit and another branch of the bridge contains a parallel circuit of resistors and capacitors.

Besonders günstige Verhältnisse, nämlich die Erzielung eines Pol- und eines Nullstellenpaares mit nur einer Widerstands-Kondensator-Brückenschaltung lassen sich dann erreichen, wenn in einem der Brückenzweige ein Abgriff vorgesehen ist, der mit einer Ausgangsklemme des Ausgangsklemmenpaares der Filterschaltung verbunden ist und ein Polstellenpaar der Dämpfungsfunktion festlegt.Particularly favorable conditions, namely the achievement of a pole pair and a zero pair with only a resistor-capacitor bridge circuit can be achieved if in one of the Bridge branches a tap is provided which connects to an output terminal of the output terminal pair the filter circuit is connected and defines a pair of poles of the damping function.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker sowohl einen Gegentaktverhalten aufweisenden Eingang als auch einen Gegentaktverhalten aufweisenden Ausgang und ein möglichst hohes Maß an Gleichtaktunterdrückung hat, und daß das im Gegenkopplungsweg liegende Netzwerk zwei Brückenschaltungen enthält, von denen die eine in Verbindung mit dem Eingang und die andere in Verbindung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gebildet ist, und daß jede der Brückenschaltungen ein Nullstellenpaar der Dämpfungsfunktion festlegt. Hierbei läßt sich ebenfalls durch die Anordnung eines Abgriffs in einer der Brückenschaltungen ein Polstellenpaar bilden.A further development of the invention is characterized in that the operational amplifier both an input having a push-pull behavior and an output having a push-pull behavior and has the highest possible level of common mode rejection, and that in the negative feedback path lying network contains two bridge circuits, one of which is connected to the input and the other is formed in connection with the output of the operational amplifier, and that each of the Bridge circuits defines a pair of zeros for the damping function. Here you can also form a pair of poles by arranging a tap in one of the bridge circuits.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang und/oder Ausgang jeweils zwei parallelgeschaltete Brückenschaltungen vorgesehen sind, von denen jeweils nur eine im Gegenkopplungsweg liegt und die andere zu einer Anschlußklemme eines zugehörigen Anschlußklemmenpaares der Filterschaltung führt und der Bildung eines Polstellenpaares dient.Another development of the invention is characterized in that in the entrance and / or Output two parallel-connected bridge circuits are provided, each of which only one is in the negative feedback path and the other to a terminal of an associated terminal pair the filter circuit and serves to form a pair of poles.

Vorteilhaft ist es weiterhin, Filter hoher Ordnung durch die Kettenschaltung von Filtervierpolen zu realisieren, die erfindungsgemäß ausgebildet sind.It is also advantageous to add high-order filters through the daisy chain connection of four-pole filters realize, which are designed according to the invention.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.

Beim Entwurf aktiver RC-Filter kommt es darauf an, eine gegebene übertragungsfunktion mit möglichst wenig Kondensatoren zu realisieren, da diese in integrierter Bauweise wesentlich teurer sind als Widerstände und Transistoren.When designing active RC filters, it is important to use a given transfer function as much as possible to realize few capacitors, since these are much more expensive in an integrated design than Resistors and transistors.

In dieser Hinsicht ist die an sich bekannte RC-Brücke (Fig. 1) eine günstige Schaltung zur Erzeugung entweder eines Polpaares oder — als Gegenkopplungsvierpol verwendet — eines Nullstellenpaares. Dabei braucht man für jedes Paar nur zwei Kondensatoren. Als aktives Element wird dabei ein integrierter Gegentakt-Verstärker, auch Operationsverstärker genannt, verwendet.In this regard, the known RC bridge (Fig. 1) is a favorable circuit for generating either a pole pair or - used as a negative feedback quadrupole - a zero pair. You only need two capacitors for each pair. An integrated push-pull amplifier, also called an operational amplifier, is used as the active element.

Die F i g. 2 zeigt den Aufbau eines Filtergrundgliedes, das ein Nullstellenpaar und ein Polpaar als Teilfaktor einer übertragungsfunktion verwirklicht.The F i g. 2 shows the structure of a basic filter element, which has a pair of zeros and a pair of poles as Realized partial factor of a transfer function.

Filter höheren Grades werden dann durch Kettenschaltung mehrerer Filtergrundglieder erhalten. Für einen Tiefpaß der Ordnung 2n + 1 mit η + 1/2 Polen der Echodämpfung im Durchlaßbereich und η + 1/2 Polen der Betriebsdämpfung im Sperrbereich braucht man demzufolge η Verstärkereinheiten mit An Kondensatoren.Higher grade filters are then obtained by daisy chaining several basic filter links. For a low-pass filter of the order 2n + 1 with η + 1/2 poles of the echo attenuation in the pass band and η + 1/2 poles of the operational attenuation in the stop band, one therefore needs η amplifier units with An capacitors.

Die Brückenvierpole liegen dabei eingangsseitig an konstanter Spannung (CZ1), da der Ausgangswiderstand des gegengekoppelten Verstärkers Null ist.The four poles of the bridge are connected to a constant voltage (CZ 1 ) on the input side, since the output resistance of the amplifier with negative feedback is zero.

Ausgangsseitig sind die meisten Vierpole kurzgeschlossen (Ra = O). Die Gegenkopplungsvierpole (I), welche die Nullstellen erzeugen, sind mit dem sehr niedrigen Eingangswiderstand des (eigenen) gegengekoppelten Verstärkers (Z1 = 0) belastet. Die Sperrvierpole (II), welche die Pole der übertragungsfunktion erzeugen, werden durch den Eingangswiderstand der nächstfolgenden Verstärkereinheit kurzgeschlossen (z2 = 0). Nur der Vierpol II am Ende des gesamten Filters wird zweckmäßigerweise mit einem Widerstand Ra belastet. Dadurch kann man eine zusätzliche Nullstelle auf der negativ reellen Frequenzachse erzwingen. Most four-pole terminals are short-circuited on the output side (R a = O). The negative feedback quadrupoles (I), which generate the zeros, are loaded with the very low input resistance of the (own) negative feedback amplifier (Z 1 = 0). The blocking four-poles (II), which generate the poles of the transfer function, are short-circuited by the input resistance of the next amplifier unit (z 2 = 0). Only the quadrupole II at the end of the entire filter is expediently loaded with a resistor R a. This allows you to force an additional zero on the negative real frequency axis.

Die übertragungsfunktion der kurzgeschlossenen Brücke (F i g. 1, R11 = 0) lautetThe transfer function of the short-circuited bridge (Fig. 1, R 11 = 0) is

JJj = R1(I+PC2R2) JJj = R 1 (I + PC 2 R 2 )

P + σ,,, P + σ ,,,

(p + σ0ο)(ρ + σ0 +j O)0) (p + σ 0 - } ω ο ) (ρ + σ 0 + j O) 0 )

Dabei bedeutet σ0 ± jm0 die Lage des Nullstellenbzw. Polpaares, ist also als gegeben zu betrachten. a,„ ist willkürlich wählbar, muß jedoch bei den beiden zu einer Verstärker-Einheit gehörenden Brücken (I" und II) gleich sein. (Es fällt dann in der Gesamtübertragungsfunktion heraus.)Here σ 0 ± jm 0 means the position of the zero or Pole pair is therefore to be regarded as a given. a, " can be selected arbitrarily, but must be the same for the two bridges belonging to an amplifier unit (I" and II). (It then falls out of the overall transfer function.)

Aus Gleichung (1) ist die Größe der Schaltelemente leicht zu bestimmen. Man findetThe size of the switching elements can easily be determined from equation (1). One finds

Gegenkopplungsbrücke I:Negative coupling bridge I:

σ 2, — 2 σ0 cσ 2 , - 2 σ 0 c

σ0 σ 0

Q ι =Q ι =

σοσο

1/C2 = σ,,, R2 ;
6ο Sperrbrücke II (<r0 = 0; ω0 = ω4.):
1 / C 2 = σ ,,, R 2 ;
6ο barrier bridge II (<r 0 = 0; ω 0 = ω 4. ):

R -A+ "Mr
1/Q11 = L+JiL)R2,
R -A + "Mr
1 / Q 11 = L + JiL) R 2 ,

\ σ,,, J\ σ ,,, J

XIC1 = O1nR2.XIC 1 = O 1n R 2 .

10 4 1 y10 4 1 y

Die übertragungsfunktion der Verstärker-Einheit (F i g. 2) lautet dannThe transfer function of the amplifier unit (FIG. 2) is then

Λ _ Qi P2 + 2σορ + σ2, + </>l Λ _ Qi P 2 + 2σ ο ρ + σ 2 , + </> l

I1 + p(2Ra + R2) C2 R1 + p2 C1R1 C2 R2 R11 R11(I+ p2C1R1C2R2)I 1 + p (2R a + R 2 ) C 2 R 1 + p 2 C 1 R 1 C 2 R 2 R 11 R 11 (I + p 2 C 1 R 1 C 2 R 2 )

(2)(2)

v = T \_a- + σ-
R1 = (1 + v2)R2 ,
v = T \ _ a - + σ -
R 1 = (1 + v 2 ) R 2 ,

a„ —a "-

+ v2) + v 2 ) RR.

2 ^2 > 2 ^ 2>

1/C1 = (v + ^j wsR2 ,
1/C2 = Vw3R2.
1 / C 1 = (v + ^ jw s R 2 ,
1 / C 2 = Vw 3 R 2 .

Empfindlichkeit gegen .RC-ÄnderungenSensitivity to .RC changes

Als Maß für die Verstimmung, die möglichst klein bleiben soll, verwenden wir demgemäßAs a measure of the detuning, which should remain as small as possible, we use accordingly

(70 C1 R1 + C2 R2 — C2 R1 (7 0 C 1 R 1 + C 2 R 2 - C 2 R 1

J2 J 2 C11, ρ ϊ- O)5 C 1 1, ρ ϊ- O) 5

Den zugehörigen Pol-Nullstellen-Plan zeigt die F i g. 3. Für die mit einem Widerstand belastete, abgeglichene Brücke (Fig. 1, R11 φ 0), die als letztes Glied der Verstärkerkette verwendet wird, wenn ein Filter ungerader Ordnungszahl (n = 3,5,7) mit einer Nullstelle (a„) auf der reg. reellen Frequenzachse gebaut werden soll, erhält man die übertragungsfunktion The associated pole-zero point plan is shown in FIG. 3. For the balanced bridge loaded with a resistor (Fig. 1, R 11 φ 0), which is used as the last link in the amplifier chain if a filter with an odd ordinal number (n = 3.5.7) with a zero (a ") On the reg. If the real frequency axis is to be built, the transfer function is obtained

Die Nullstelle a„ ist gegeben. Die andere Wurzel am darf jedoch einen Mindestwert nicht unterschreiten, wenn die folgenden Formeln für die Schaltelemente, die aus Gleichung (2) gewonnen sind, positive, reelle Werte ergeben sollen:The zero a “ is given. However, the other root a m must not fall below a minimum value if the following formulas for the switching elements, which are obtained from equation (2), should result in positive, real values:

Bei der Berechnung der Schaltelemente einer Verstärkereinheit, die ein gegebenes Pol- und Nullstellenpaar realisiert, war der Wert am — die Nullstelle der übertragungsfunktion der Brücken — frei wählbar geblieben. Es ist von Interesse, welchen Einfluß dieser Parameter auf die Empfindlichkeit der Brücken gegen Schwankungen der Schaltelemente hat.When calculating the switching elements of an amplifier unit that implements a given pair of poles and zeros, the value a m - the zero of the transfer function of the bridges - remained freely selectable. It is of interest what influence this parameter has on the sensitivity of the bridges to fluctuations in the switching elements.

Den Nullstellenpaaren entsprechen in der übertragungsfunktion Faktoren von der Form (vgl. Fig.3)The zero pairs correspond in the transfer function Factors of the shape (see Fig. 3)

P2 +P 2 +

sin b sin b

C1R1 C2 R2 C 1 R 1 C 2 R 2

C1R2 V C1R2 C 1 R 2 VC 1 R 2

Nach Ausführung der Differentation setzen wir
C1R1 + C2R2 = C2R1
After performing the differentiation, we bet
C 1 R 1 + C 2 R 2 = C 2 R 1

d. h., wir beschränken uns auf den Fall, daß die Nullstellen nahe der imaginären Frequenzachse liegen 0 <c fi) der für Änderungen. besonders anfällig ist. Zur Abkürzung sei die Größe eingeführt:that is, we restrict ourselves to the case that the zeros are close to the imaginary frequency axis 0 <c fi) for changes. is particularly vulnerable. For abbreviation, the size is introduced:

υ =υ =

dann giltthen applies

Man erkennt hieraus: Für υ = 1 2, = al + (d2.) haben die Verstimmungen von C und R gleiches Gewicht. Muß man mit wesentlich größeren Verstimmungen von C als von R rechnen, so ist es zweck-One can see from this: For υ = 1 2 , = al + (d 2. ) The detunings of C and R have the same weight. If one has to reckon with significantly larger detunings of C than of R , then

mäßig, υ < 1 zu machen. Für den Fall -=- = 1 %,moderate to make υ <1. For the case - = - = 1%,

-5- = 0,1% ergibt sich z.B. als günstigste Bemessung : ν = j/ÖTT [σ,,, = 10 (al + wq)]. Die F i g. 4 zeigt wie dies im Scheinwiderstandsverlauf der beiden Brückenzweige zum Ausdruck kommt.-5- = 0.1%, for example, results in the most favorable measurement: ν = j / ÖTT [σ ,,, = 10 (al + wq)]. The F i g. 4 shows how this is expressed in the impedance curve of the two bridge branches.

Beim vorausgehenden Ausfuhrungsbeispiel wird ein Nullstellen- und ein Polpaar der übertragungsfunktion eines Filters mit Hilfe zweier RC-Brückenschaltungen realisiert, von denen eine in Kette mit dem Verstärker geschaltet ist und das Polpaar erzeugt, während die andere zur Erzeugung des Nullstellenpaares auf den Eingang des Verstärkers gegengekoppelt wird.In the previous exemplary embodiment, a zero and a pole pair of the transfer function of a filter with the help of two RC bridge circuits, one of which is in a chain with connected to the amplifier and generates the pair of poles, while the other is used to generate the pair of zero points is fed back to the input of the amplifier.

Es ist jedoch in Weiterbildung der Erfindung möglich, mit nur einer Brückenschaltung, also mit nur zwei Kondensatoren, ein Pol- und ein Nullstellenpaar herzustellen, wenn man den Brückenwiderstand R1 unterteilt. Den Aufbau der Verstärker-Einheit zeigt die F i g. 5. Die übertragungsfunktion kann folgende Form annehmen:In a further development of the invention, however, it is possible to produce a pair of poles and zero points with only one bridge circuit, that is to say with only two capacitors, if the bridge resistance R 1 is subdivided. The structure of the amplifier unit is shown in FIG. 5. The transfer function can take the following form:

U0 U 0 [1[1

+ρ/(σ0 + ρ / (σ 0 +J+ J

Un U n

wenn man folgende Bedingungen einhält:
Re = r2 /(R + r) ά r (R <: r).
if the following conditions are met:
R e = r 2 / (R + r) ά r (R <: r).

R1C1C2(R2-R) = 1 R 1 C 1 C 2 (R 2 -R) = 1 / α

Für die Gestalt der Ubertragungskurve, z. B. für die Ausbildung von Dämpfungs- oder Verstärkungsspitzen, ist offenbar die Größe sin ö = -^- maßgebend. Wenn diese konstant bleibt, d. h. wenn sich σ0 und (i in gleichem Maße ändern, wird nur der Frequenzmaßstab beeinflußt, während der Kurvencharakter erhalten bleibt. Diese Veränderung wollen wir als weniger kritisch ansehen.For the shape of the transfer curve, e.g. B. for the formation of damping or reinforcement peaks, the variable sin ö = - ^ - is obviously decisive. If this remains constant, ie if σ 0 and (i change to the same extent, only the frequency scale is influenced, while the curve character is retained. We want to regard this change as less critical.

R1 C1 C2 (R2 R 1 C 1 C 2 (R 2

C1 + C2(K2 - R- R1 - R1RIr) = 0,
R-R1
C 1 + C 2 (K 2 - R- R 1 - R 1 RIr) = 0,
RR 1

R1 C1 + C2 (R2 + R 1 C 1 + C 2 (R 2 +

Die Lage der Nullstelle: n0 ± j«j„ und des Poles: ±j(»„ sind gegeben. Auf Grund der Gleichung (I) läßt sich dann die Größe der Schaltelemente bestimmen. The position of the zero point: n 0 ± j «j" and the pole: ± j (»" are given. The size of the switching elements can then be determined on the basis of equation (I).

Zum Aufbau eines Tiefpasses vom Grade 2« mit η Polen der Echodämpfung im Durchlaßbereich und η Polen der Betriebsdämpfung im Sperrbereich werden η Verstärker-Einheiten unmittelbar in Kette geschaltet, wobei der Eingangswiderstand Re der folgenden Einheit mit dem Ausgangswiderstand r der vorhergehenden Einheit zusammenfällt.To set up a grade 2 low-pass filter with η poles of the echo attenuation in the pass band and η poles of the operational attenuation in the stop band, η amplifier units are connected directly in a chain, with the input resistance R e of the following unit coinciding with the output resistance r of the preceding unit.

Für Tiefpässe ungerader Ordnungszahl (2 h + 1) braucht man noch eine Nullstelle a„ auf der neg. reellen Frequenzachse. Sie entsteht, wenn man den Eingangswiderstand R1, der ersten Verstärker-Einheit durch das RC-Glied der Fig. 6 ersetzt.For low-pass filters with an odd ordinal number (2 h + 1) one needs a zero a " on the neg. Real frequency axis. It arises when the input resistance R 1 of the first amplifier unit is replaced by the RC element from FIG.

Es gilt dabeiIt applies here

U^J1 = RJl + PC0RJA) = RJ\ + ρ Ο, U ^ J 1 = RJl + PC 0 RJA) = RJ \ + ρ Ο,

C0 = 4/Rea„. C 0 = 4 / R e a ".

Beispielsweise für einen Tiefpaß vom Grade m werden also m Kondensatoren benötigt, nicht mehr als auch ein normaler LC-Tiefpaß enthält. An Stelle jeder Spule treten fünf Widerstände und ein integrierter Normverstärker. Bei den fünf Widerständen sind die beiden Symmetrier-Widerstände des Verstärkerausgangs mitgezählt. Alle übrigen Bauelemente des Verstärkers brauchen weder besonders konstant noch genau abgeglichen zu sein.For example, for a low-pass filter of degree m , m capacitors are required, not more than a normal LC low-pass filter contains. In place of each coil there are five resistors and an integrated standard amplifier. The two balancing resistors of the amplifier output are included in the five resistors. All other components of the amplifier do not need to be particularly constant or precisely adjusted.

In analoger Weise läßt sich die Schaltung nach F i g. 5 auch als Hochpaßfilter verwenden, wenn die Gegenkopplung nicht von x, sondern von y abgeleitet und der Verstärkerausgang an χ angeschaltet wird. Die Eingangsschaltung nach F i g. 6, sofern sie angewendet wird, ist dann gegebenenfalls entsprechend umzugestalten.The circuit according to FIG. 5 can also be used as a high-pass filter if the negative feedback is not derived from x but from y and the amplifier output is connected to χ . The input circuit according to FIG. 6, if it is applied, must then be redesigned accordingly.

Ein Bandfilterverhalten läßt sich beispielsweise durch die Kettenschaltung wenigstens eines Hochpaß- und wenigstens eines Tiefpaßfilters erreichen.A band filter behavior can be achieved, for example, by daisy-chaining at least one high-pass filter and achieve at least one low-pass filter.

Zahlenbeispiel für einen TiefpaßNumerical example for a low pass

/, = 4,775 kHz K = 3· 104), .
/0 = 4,416 kHz K = 2,77443· 104),
<70/2.t = 0,19OkHz (σ0 = 0,11918· 104)
/, = 4.775 kHz K = 3 · 10 4 ),.
/ 0 = 4.416 kHz K = 2.77443 · 10 4 ),
<7 0 /2.t = 0.19OkHz (σ 0 = 0.11918 · 10 4 )

Ein Schaltelement kann frei gewählt werden, für die übrigen findet man dannA switching element can be freely selected, for the rest one can then find

R =
R1 =
R =
R 1 =

&2 = & 2 =

C1 =C 1 =

0,0773 kQ,
12,763 kC2,
14,597 k£2,
Ik £2,
0.0773 kQ,
12.763 kC2,
14,597k £ 2,
Ik £ 2,

7,9375 nF,
8,4186 nF.
7.9375 nF,
8.4186 nF.

Die Schaltung kann auch für wesentlich höhere Frequenzen dimensioniert werden; das gilt auch für die übrigen Ausführungen zu erfindungsgemäßen Schaltungen. Es ist dann nur der Einwirkung eventueller Streukapazitäten Rechnung zu tragen.The circuit can also be dimensioned for much higher frequencies; This also applies to the other remarks on circuits according to the invention. It is then only possible to act Stray capacities to be taken into account.

Für die Filterschaltung nach F i g. 5 läßt sich unabhängig davon, ob es sich um ein Hochpaß- oder Tiefpaßfilter handelt, ein Grundschaltbild ableiten, wie es die F i g. 7 nebst zugehörigem Frequenzplan zeigt.For the filter circuit according to FIG. 5 can be used regardless of whether it is a high-pass or Low-pass filter is to derive a basic circuit diagram as shown in FIG. 7 together with the associated frequency plan indicates.

Hat der Operationsverstärker einen Gegentakteingang, so läßt diese Schaltungsweise, wie F i g. 8 zeigt, analog auch im Eingang verwenden. In diesem Fall empfiehlt es sich, wie angedeutet, im Eingang des Operationsverstärkers zwei gesonderte Widerstände vorzusehen, die dann sozusagen mit zu den beiden weiteren Zweigen der Brücke gehören oder im wesentlichen diese Zweige bilden.If the operational amplifier has a push-pull input, this way of switching, as shown in FIG. 8 shows, can also be used in the same way in the input. In this In this case, it is advisable, as indicated, to have two separate resistors in the input of the operational amplifier to be provided, which then, so to speak, belong to the two other branches of the bridge or essentially form these branches.

Wird dem einzelnen Operationsverstärker entsprechend einer Kombination der Schallungen nach den Fig. 7 und 8 eine Brückenschaltung vorgeordnet und eine Brückenschaltung nachgeordnet, so kann man entweder einen Hochpaß oder einen Tiefpaß höheren Grades realisieren. Es ist indes mit Vorteil auch möglich, die eine Brücke für eine Hochpaßbildung und die andere Brücke für eine Tielpaßbildung zu verwenden. Man erhält dann mit einem nur einen Operationsverstärker enthaltenden Filtergrundglied ein Bandpaßfilter.Is the individual operational amplifier according to a combination of the soundings according to the 7 and 8, a bridge circuit is arranged upstream and a bridge circuit is arranged downstream, so can one can realize either a high pass or a low pass of a higher degree. It is, however, an advantage also possible, one bridge for a high pass formation and the other bridge for a low pass formation to use. One then obtains with a basic filter element containing only one operational amplifier a band pass filter.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

509 535/154509 535/154

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Elektrische Filterschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers, der in seinem Eingang und/oder seinem Ausgang ein Gegentaktklemmenpaar hat und der über ein frequenzselektives, nur aus Widerständen und Kondensatoren bestehendes Netzwerk gegengekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das im Gegenkopplungsweg liegende Netzwerk (I) zumindest eine Brückenschaltung enthält, von der zwei Zweige durch die Zusammenschaltung von wenigstens einem Widerstand mit wenigstens einem Kondensator (R1, C1; R2, C2) und die beiden anderen Zweige durch das Gegentaktklemmenpaar des Operationsverstärkers gebildet sind, und daß die aus Widerständen und Kondensatoren gebildeten Zweige dieser Brückenschaltung derart in der Frequenzabhängigkeit ihres Scheinwiderstandes unterschiedlich sind, daß hierdurch, wie an sich bekannt, ein Nullstellenpaar der Dämpfungsfunktion der Ubertragungsdämpfung festgelegt ist (Fig.2 in Verbindung mit Fig. 1).1. Electrical filter circuit using an operational amplifier which has a push-pull terminal pair in its input and / or its output and which is counter-coupled via a frequency-selective network consisting only of resistors and capacitors, characterized in that the network (I) lying in the negative feedback path at least contains a bridge circuit, of which two branches are formed by the interconnection of at least one resistor with at least one capacitor (R 1 , C 1 ; R 2 , C 2 ) and the other two branches are formed by the pair of push-pull terminals of the operational amplifier, and that the resistors and capacitors formed branches of this bridge circuit are so different in the frequency dependence of their impedance that thereby, as known per se, a pair of zeros of the damping function of the transmission loss is determined (FIG. 2 in conjunction with FIG. 1). 2. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brückenzweig eine Reihenschaltung und ein weiterer Brückenzweig eine Parallelschaltung von Widerständen und Kondensatoren enthält (z.B. I in Fig. 2).2. Electrical filter circuit according to claim 1, characterized in that a bridge branch a series connection and another bridge arm a parallel connection of resistors and includes capacitors (e.g. I in Figure 2). 3. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Brückenzweige (R2, C2) an einem Widerstand ein Abgriff (R) vorgesehen ist, der mit einer Ausgangsklemme des Ausgangsklemmenpaares der Filterschaltung verbunden ist und ein Polstellenpaar der Dämpfungsfunktion festlegt (F i g. 5).3. Electrical filter circuit according to claim 1, characterized in that a tap (R) is provided in one of the bridge branches (R 2 , C 2 ) on a resistor, which is connected to an output terminal of the output terminal pair of the filter circuit and defines a pair of poles of the damping function (Fig. 5). 4. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker einen Gegentakteingang und einen Gegentaktausgang hat und daß das im Gegenkopplungsweg liegende Netzwerk zwei Brückenschaltungen enthält, von denen die eine in Verbindung mit dem Eingang und die andere in Verbindung mit dem Ausgang des Operationsverstärkers gebildet ist und daß jede der Brückenschaltungen ein Nullstellenpaar der Dämpfungsfunktion festlegt (Fig.7, 8).4. Electrical filter circuit according to claim 1, characterized in that the operational amplifier a push-pull input and a push-pull output and that the network lying in the negative feedback path has two bridge circuits of which one in connection with the input and the other in connection with the Output of the operational amplifier is formed and that each of the bridge circuits has a zero pair the damping function (Fig. 7, 8). 5. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer der Brückenschaltungen ein Abgriff vorgesehen ist, der der Bildung eines Polstellenpaares dient (Fig. 7 bzw. Fig. 8).5. Electrical filter circuit according to claim 4, characterized in that at least one the bridge circuits a tap is provided, which is used to form a pole pair (Fig. 7 and Fig. 8, respectively). 6. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallelgeschaltete Brückenschaltungen (I, H) vorgesehen sind, von denen jeweils nur eine (I) im Gegenkopplungsweg liegt und die andere (II) zu einer Anschlußklemme eines zugehörigen Anschlußklemmenpaares der Filterschaltung führt und der Bildung eines Polstellenpaares dient (Fig.2).6. Electrical filter circuit according to claim 1, characterized in that two connected in parallel Bridge circuits (I, H) are provided, of which only one (I) is in the negative feedback path and the other (II) to a terminal of an associated terminal pair the filter circuit and serves to form a pair of poles (Fig. 2). 7. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Kettenglied in einer Kettenschaltung solcher Filtergrundglieder zur Bildung von Filtern höheren Grades.7. Electrical filter circuit according to one of the preceding claims, characterized by the use as a chain link in a chain circuit to form such basic filter links of higher grade filters. Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Filterschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers, der in seinem Eingang und/oder seinem Ausgang ein Gegentaktklemmenpaar hat und derThe invention relates to an electrical filter circuit using an operational amplifier, which has a push-pull terminal pair in its input and / or its output and the .5 über ein frequenzselektives, nur aus Widerständen und Kondensatoren bestehendes Netzwerk gegengekoppelt ist..5 negative feedback via a frequency-selective network consisting only of resistors and capacitors is. Für Filterschaltungen zur Verwendung in der elektrischen Nachrichtentechnik und vor allem auchFor filter circuits for use in electrical communications engineering and, above all, also ίο der Runkfunktechnik wurden bislang Ausführungsformen vorgesehen, bei denen möglichst verlustarme Kondensatoren und Spulen die frequenzbestimmenden Schaltelemente sind. Auf Grund der allgemeinen Tendenz, die Geräte der elektrischen Nachrichtentechnik und der Rundfunktechnik in ihren äußeren Abmessungen möglichst klein zu gestalten, haben sich in den letzten Jahren Bauformen eingeführt, die man unter dem Begriff »Mikrominiaturisierung« zusammenfassen könnte (vgl. zum Beispiel das Buch »Microminiaturization«, Pergamon Press 1962). Für diese Bauformen sind Spulen herkömmlicher Art räumlich zu aufwendig. Es wurden deshalb elektrische Schaltungen entwickelt, bei denen die bisher durch Spulen realisierten Induktivitäten durch wirkungsgleiche Schaltungen, die außer Kondensatoren und Widerständen noch Transistoren enthalten, ersetzt sind.ίο the Runkfunktechnik have been provided so far, in which the lowest possible loss Capacitors and coils are the frequency-determining switching elements. Due to the general Tendency to the devices of electrical communications engineering and broadcasting technology in their outer To make dimensions as small as possible, designs have been introduced in recent years that one could summarize under the term »microminiaturization« (cf. for example the book "Microminiaturization", Pergamon Press 1962). Coils of the conventional type are used for these designs spatially too expensive. There are therefore electrical circuits have been developed in which the previously by Coils realized inductances through circuits with the same effect, apart from capacitors and Resistors still contain transistors are replaced. Bekannte Schaltungen dieser Art sind beispielsweise in der Zeitschrift »Proceedings IEE«, Vol. 112, Nr. 5, Mai 1965, auf den Seiten 901 bis 914 beschrieben. Die Transistoren werden dabei meist in Form sogenannter Operationsverstärker vorgesehen und die Mikrominiaturisierung bringt es mit sich, daß man bemüht ist, einerseits möglichst wenig Kondensatoren und andererseits auch möglichst wenig Operationsverstärker für die Realisierung eines vorgegebenen Verlaufs der Ubertragungsdämpfung eines Filters aufzuwenden. Die für die Ubertragungseigenschaften solcher Filtervierpole entscheidenden PoI-stellen und Nullstellen der Dämpfungsfunktion werden dabei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit und der einfacheren mathematischen Behandlungsweise in der sogenannten komplexen Frequenzebene dargestellt. Wenngleich diese Darstellungsweise auch nachstehend bei der Erläuterung der Erfindung angewendet wird, erübrigt sich hier ein näheres Eingehen hierauf, weil es sich dabei um eine dem Fachmann durchaus geläufige mathematische Behandlungsweise handelt. Beispielsweise finden sich diesbezügliche Erläuterungen in dem Buch von F e 1 d t keller »Einführung in die Theorie der Hochfrequenz-Bandfilter«, 5. Aufl., Hirzel Verlag, Stuttgart, im Kapitel 41, in dem Buch von B ο d e »Network Analysis and Feedback Amplifier Design«, S. 18 bis 30, undKnown circuits of this type are, for example, in the journal "Proceedings IEE", Vol. 112, No. 5, May 1965, pages 901-914. The transistors are mostly in shape so-called operational amplifier provided and the microminiaturization brings with it that Efforts are made to use as few capacitors as possible on the one hand and as few operational amplifiers as possible on the other to spend for the implementation of a predetermined profile of the transmission loss of a filter. The one for the transmission properties Such four-pole filter poles become decisive poles and zeros of the damping function for the sake of clarity and simpler mathematical treatment represented in the so-called complex frequency plane. Even if this is the way of representation is used below in the explanation of the invention, there is no need to go into more detail here on this, because it is a mathematical method of treatment that is well known to a person skilled in the art acts. For example, explanations in this regard can be found in the book by F e 1 d t keller "Introduction to the theory of high-frequency band filters", 5th edition, Hirzel Verlag, Stuttgart, im Chapter 41, in the book by B ο d e “Network Analysis and Feedback Amplifier Design «, pp. 18 to 30, and in dem Taschenbuch der Hochfrequenztechnik von Meinke-Gundlach, 2.Aufl., S. 1135 und 1136. In der Zeitschrift »Proc. IEEE«, Okt. 1965, S. 1648 bis 1649 ist zudem ein aktives RC-Netzwerk angegeben, bei dem als aktives Element ein Operationsverstärker verwendet wird. Bei dieser bekannten Schaltung liegt im Gegenkopplungsweg jedoch nur eine einzelne Admittanz, die vom positiven Ausgang auf den Eingang zurückgeführt ist.in the pocket book of high frequency technology by Meinke-Gundlach, 2nd edition, pp. 1135 and 1136. In the journal Proc. IEEE ", Oct. 1965, pp. 1648 to 1649, an active RC network is also specified, in which an operational amplifier is used as the active element. In this known circuit However, there is only a single admittance in the negative feedback path, that of the positive output the entrance is returned. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Filterschaltungen der einleitend beschriebenen Art mit einem möglichst geringen Aufwand an Operationsverstärkern und an Kondensatoren eine möglichst hohe vorgegebene Anzahl von Pol- und/oderThe invention is based on the problem of filter circuits of the type described in the introduction with the least possible amount of operational amplifiers and capacitors high predetermined number of pole and / or
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