DE1541978B2

DE1541978B2 - N-pfad-filteranordnung

Info

Publication number: DE1541978B2
Application number: DE19671541978
Authority: DE
Inventors: Erik Dipl.-Ing. 8000 München Langer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-07-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1972-05-25
Also published as: AT289898B; NL6807602A; FR1571111A; GB1225644A; DE1541978A1; BE717577A; US3531741A

Description

(R₁ + R₃₁) N- -T₁-T,

sin¹

erfüllt ist.
Darin bedeutet

_{1 m},

T₂ RH ₂;h,

R₁ Quellenwiderstand am Eingang des
N-Pfad-Filters,

R₁₂ ohmschcr Anteil des ersten Tiefpaßnetzwerkes in der Kettenschaltung,

R₂₁ ohmscher Anteil des zweiten Tiefpaßnetzwerkes,

R₃₁ Widerstand im Zweig des phasendrehenden Verstärkers (1),

N Anzahl der Pfade der Tiefpaßnetzwerke.

ν Spannungsverstärkung des Verstärkers (I),

C,m'»-te Kapazität des ersten Tiefpaßnelzwerkes in der Kettenschaltung,

C₁H //-te Kapazität des zweiten Tiefpaßnetzwerkes in der Kettenschaltung,

m 1. 2 ... N,

2. N-Pfad-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ÄC'-Tiefpaßnctzwcrke direkt in Kette geschaltet sind.

3. N-Pfad-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßnetzwerke über einen Trennvcrslärkcr (IN) in Kette geschaltet sind.

4. N-Pfad-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des Verstärkers (I) im Gegenkopplungszweig variabel ausgebildet ist.

5. N-Pfad-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ticfpaßnetzwcrke hinsichtlich ihrer Zeitkonstanten variabel ausgebildet sind.

6. /V-Pfad-Filter nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens teilweise Ausbildung als integrierte Schaltung.

Die Erfindung betrifft eine yV-Pfad-Filteranordnung, die zumindest zwei durch Kettenschaltung verbundene, aus ÄC-Tiefpaßnetzwerken aufgebaute A'-Pfad-Filtereinheiten vom Parallelschaltertyp aufweist.

Durch die Zeitschrift »Frequenz«, Bd. 20 (Dezember 1966), Nr. 12, S. 396 bis 406, ist es bereits bekannt. N-Pfad-Filteranordnungen durch mehrere, in Kette geschaltete N-Pfad-Filtereinhe^:ten mit der Maßgabe zu verwirklichen, daß unter Berücksiclui-

gung der Erfordernisse des Einzelfalles als N-Pfad-Filtereinheiten entweder N-Pfad-Filter vom Serienschaltertyp oder N-Pfad-Filter vom Parallelschaltertyp Anwendung finden.

Im grundsätzlichen beruht die Wirkungsweise von

N-Pfad-Filtern mit dem Übertragungsverhalten eines Bandpasses mit einem ungeteilten Durchlaßbereich bekanntlich darauf, daß durch Tastung die Tiefpaßcharakteristik der Siebschaltungen in den Pfaden des Filters in eine Bandpaßcharakteristik übergeführt wird; dabei ergibt die Tastfrequenz die Bandmittenfrequenz des N-Pfad-Filters.

Die im Schrifttum zu findenden N-Pfad-Filter vom Parallelschaltertyp sind zwar an sich einfach aufzubauen. Sie besitzen jedoch den Nachteil einer relativ

geringen Selektion, da die Ubertragungskurve nur der eines einfachen LC-Schwingkreises entspricht. Die einfache reelle Polstelle des mit N tastbaren Querzweigen versehenen tfC-Tiefpasses solcher N-Pfad-Filter wird dabei in ein einziges konjugiert komplexes Polstellenpaar transformiert. Für diese Transformation gilt die bekannte Beziehung:

a,s

G (.? :fc j O₀) =

1
a₀ f- α, (s ± j">n)'

«ο
s

Darin bedeutet

G(s) die Übertragungsfunktion des Tief

passes,

G(s±j(o₀) die transformierte Übertragungsfunktion,
Konstanten,
die komplexe Frequenz,

o>₀ Bandmittenfrequenz der sich aus der

transformierten Tiefpaßcharakteristik ergebenden Bandpaßcharakteristik.

Bei N-Pfad-Filtern vom Serienschaltertyp läßt sich bekanntlich die Selektion dadurch steigern, daß die Pfade durch WC-Tiefpässe mit Ubertragungsfunktionen entsprechend hohen Grades verwirklicht wcrden (vgl. diesbezüglich die Vortragssammlung »Proceedings of the National Electronics CoifTeTcnce*, Vol.20 [1964], S. 721 bis 724). N-Pfad-Filter vom Scricnschaltcrlyp weisen jedoch gegenüber N-Pfad-Filtern vom Parallclschallertyp eine Reihe von Nachteilen auf.

Zunächst ist der Aufwand für derartige N-Pfad-Filter vom Serienschaltertyp hoch, da pro Pfad zwei Schalter erforderlich sind, welche darüber hinaus in bezug auf die Schalterklemmcn auf schwimmendem Potential liegen. Dies bedingt einen zusätzlichen Aufwand pro Schalter. Weiterhin müssen bei einem N-Pfad-Filter vom Serienschaltertyp sowohl die Schalter als auch die getasteten Tiefpässe im mathemalischen Sinne ideal ausgebildet sein, damit keine Störfrequenzen am Ausgang des Filters auftreten. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß diese Forderung nach »mathematisch idealem Aufbau« in der Praxis nur angenähert befriedigt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine jV-Pfud-Filteranordnung vergleichsweise geringen Aufwandes und kleiner Toleranzempfindlichkeil anzugeben, bei welcher unbeschadet der Verwendung der Λ'-Pfad-Filtervariante vom Parallelschaltertyp Übertragungsfunktionen mit zwei oder mehr konjugiert komplexen Polpaaren erreichbar sind.

Zur Losung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Filteranordnung durch eine mit einem Gegenkopplungskanal versehene aktive Schaltungsanordnung verwirklicht ist, bei welcher die Kettenschaltung aus den JV-Pfad-Filtereinheiten vom Parallelschaltertyp in den für die Übertragungsrichtung der Gesamtanordnung maßgebenden Kanal und ein Verstärker entweder in diesen Kanal oder in den Gegenkopplungskanal eingefügt ist, der den Ausgang der Gesamtanordnung mit dem Eingang der ersten Λ'-Pfad-Filtereinheit verbindet, und daß die Verstärkung des Verstärkers und die Gegenkopplung bei der Verwendung von zwei in Kette geschalteten A'-Pfad-Filtereinheiten so bemessen sind, daß die Bedingung

T. + T, V

2 /V ■ T₁ ■ T, I ' (R₁ + R₃₁) N^-T₁- T,

',N
erfüllt ist.

Darin bedeutet
T₁ R₁₂' C₁)I₁,

/ 2 R₂₁ ' ^2 nii

R₁ Quellenwiderstand am Eingang des N-Pfaa-Filters,

R₁₂ ohmscher Anteil des ersten Tiefpaßnetzwerkes in der Kettenschaltung,

R₂₁ ohmscher Anteil des zweiten Tiefpaßnetzwerkes,

R₃₁ Widerstand im Zweig des phasendrehenden Verstärkers (I),

N Ar_zahl der Pfade der Tiefpaßnetzwerke, ν Spannlingsverstärkung des Verstärkers (I),

C₁ m m-le Kapazität des ersten Tiefpaßnetzwerkes in der Kettenschaltung,

C_2n //-te Kapazität des zweiten Ticfpaßnetzwerkes in der Kettenschaltung,

in 1, 2 . . . yV",

Bei der Filteranordnung nach der Erfindung lassen sich die einzelnen /V-Pfad-Filtereinheiten entweder direkt oder über einen Trennverstärker in Kette schalten. Die Kettenschaltung über einen Trennverstärker bringt den zusätzlichen Vorteil einer Entkopplung der Tiefpaßnetzwerke der /V-Pfad-Filtercinheiten und einer Verbesserung des Störabstandes, wenn die durch die Tiefpaßnetzwerke verursachte Dämpfung durch entsprechende Bemessung des Verstärkungsgrudes zumindest teilweise aufgehoben wird Um die Bandbreite der Filteranordnung nach der Erfindung variabel zu gestalten, ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Anordnung insbesondere vorteilhaft, die Verstärkung des Verstärkers im Gegenkopplungszweig veränderbar auszubilden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer in der Bandbreite variablen Filteranordnung nach der Erfindung ergibt sich, wenn die Tiefpaßnetzwerke der einzelnen TV-Pfad-Filtereinheiten in der Weise verwirklicht werden, daß ihre Zeitkonstanten beeinflußbar sind.
In Weiterbildung der nach den Lehren der Erfindung konzipierten jV-Pfad-Filteranordnung ist die letztere zumindest zum Teil auch als integrierter Schaltkreis ausbildbar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Figuren dargestellten Kusführungsbeispielen näher erläutert.

In F i g. ] ist eine erfindungsgemäße yV-Pfad-Filteranordnung dargestellt, welche zwei in Kette geschaltete iV-Pfad-Filtereinheiten in Form von getasteten RC-Tiefpaßnetzwerken enthält. Die beiden Tiefpaßnetzwerke mit von einem Tastgenerator II getasteten Parallelschaltern enthalten die Elemente R_yn; C_n, C₁,,, C₁₃; S₁₁, S₁₂, S₁₃ sowie A₂₁; C₂₁, C,,, C₂I; S₂₁, S₂], S₂₃. Die Tastung der Schalter S_n bis S₁₃ und S₂₁ bis S₂₃ ist dabei lediglich schematisch dargestellt.

In der Praxis können diese Schalter beispielsweise als Dioden oder Transistoren ausgebildet sein.

Die beiden vV-Pfad-Filtereinheiten sind über einen Verstärker I und einen Widerstand R₃₁ gegengekoppelt. Der Verstärker I kann dabei entweder gemäß der stark ausgezogenen oder gemäß der gestrichelten Darstellung eingeschaltet sein.

An der Eingangsklemtne 1 erhält die gesamte Filteranordnung das Signal von einer Signalquelle U mit dem Innenwiderstand R₁. Das Ausgangssignal ist an der Klemme 2 abnehmbar.

Durch das vorangehend an Hand von Fig.] erläuterte Ausführungsbuspiel der /V-Pfad- Filteranordnung nach der Erfindung ist es möglich, einen spulenlosen Bandpaß mit zwei konjugiert komplexen Polstellenpaaren zu realisieren.

Um die Bandbreite des in F i g. 1 dargestellten Filters zu variieren, genügt es, entweder die Verstärkung des Verstärkers I oder die Zeitkonstante der Tiefpaßnetzwerke zu verändern. Der letztgenannte, an sich bereits bekannte Weg ist beispielsweise durch die in F i g. 1 angedeutete Ausbildung der Widerstände R₁₂ und R₂₁ als variable Widerstände verwirklichbar.

Gemäß F i g. 2, in der gleiche Elemente wie in F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind die beiden /?C-Ticfpaßnctzwerkc über einen Trennverstärker ill in Kette geschaltet, woraus sich die weiteren, oben angegebenen Vorteile ergeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. N-Pfad-Filteranordnung, die zumindest zwei durch Kettenschaltung verbundene, aus RC-Tidpaßnetzwerken aufgebaute N-Pfad-Fihereinheiten vom Parallelschaltertyp aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung durch eine mit einem Gegenkopplungskanal versehene aktive Schaltungsanordnung verwirklicht ist, bei welcher die Kettenschaltung aus den N-Pfad-Filtereinheiten vom Parallelschaltertyp in den für die Übertragungsrichtung der Gesamtanordnung maßgebenden Kanal und ein Verstarker (I) entweder in diesen Kanal oder in den Gegenkopplungskanal eingefügt ist, der den Ausgang der Gesamtanordnung mit dem Eingang der ersten N-Pfad-Filtereinheit verbindet, und daß die Verstärkung des Verstärkers (I) und die Gegenkopplung bei der Verwendung von zwei in Kette geschalteten N-Pfad-Filtereinheiten so bemessen sind, daß die Bedingung