DE2436966C3 - Bandfilter - Google Patents

Bandfilter

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DE2436966C3 DE2436966A DE2436966A DE2436966C3 DE 2436966 C3 DE2436966 C3 DE 2436966C3 DE 2436966 A DE2436966 A DE 2436966A DE 2436966 A DE2436966 A DE 2436966A DE 2436966 C3 DE2436966 C3 DE 2436966C3
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Description

55
"Ί ~ "Ί
"Ί
(D
6)1 =
Bandmittenfrequenz,
Resonanzfrequenz der ersten /?C-Siebschaltung und
= Resonanzfrequenz der zweiten fi!C-Siebschaltung
und für den Verstärkungsfaktor
» = /(*).
(2)
Die Erfindung betrifft ein Bandfilter, insbesondere ein Eingangsfilier für Empfänger von Rundsteueranlagen, mit zwei aktiven ßC-Siebschaltungen, die jeweils aus einem Eingangswiderstand, einem Ableitwiderstand, zwei Siebkondensatoren, einem Rückführwiderstand und einem Verstärker bestehen und bei. denen der Ableitwiderstand und die beiden Siebkondensatoren jeweils mit einem Ende mit dem dem Eingang der KC-Siebschaltung abgewandten Ende des Eingangswiderstandes, der Rückführwiderstand mit seinem einen Ende und der Eingang des Verstärkers mit dem anderen Nun sind die Resonanzfrequenzen der ÄC-Siebschaltungen bestimmt durch die verwendeten Widerstände und Kondensatoren. Bei den Resonanzfrequenzen der /ZC-Siebschaltungen treten Abweichungen von den Sollwerten auf, die von den bei den verwendeten Widerständen und Kondensatoren auftretenden Abweichungen von den Sollwerten abhängig sind. Verwendet man z. B. Metallschichtwiderstände und Styroflexkondensatoren und betrachtet man einen Temperaturbereich von —30° C bis +70° C, so betragen die bei den Resonanzfrequenzen der /?C-Siebschaltungen auftretenden Abweichungen ±2,05%. Bei einem Bandfilter mit einer Dämpfung d von 2%, ein Wert, der z. B. bei Eingangsfiltern für Empfänger von Rundsteueranlagen in Frage kommt, ergeben sich für den Koppelfaktor k
Werte zwischen —2,1% und +6,1% (bei einem Sollwert von k=d=2°/o). Diese großen Schwankungen des Koppelfaktors k verursachen entsprechend große Schwankungen des Verstärkungsfaktors v. Der relative Verstärkungsfaktor vr — Verstärkungsfaktor ν im Verhältnis zum Verstärkungsfaktor v0 (Resonanzverstärkung ohne eine Abweichung dei; Koppelfaktors k von seinem Sollwert) — schwankt zwischen 200% (Koppelfaktor Ar=O) und 19,4% (Koppelfaktor k= 6,1%). Das ist natürlich ein katastrophales, völlig unbrauchbares Ergebnis.
Sieht man von dem zuvor erläuterten Sachverhalt — untragbare Schwankungen des Koppeltaktors k und damit des Verstärkungsfaktors ν — ab, so haben aktive /?C-Bandfi]ter zahlreiche Vorteile, nämlich:
a) Die Dämpfungen d sind als reine Widerstands- und Kapazitätsverhältnisse hervorragend konstant, so daß jegliche Temperaturkompensation entfällt.
b) Die Dämpfungen d haben keine Pole, so daß aktive ßC-Bandfilter nicht selbsterregt schwingen können.
c) Man kann jede beliebige Dämpfung d realisieren. Damit kann man aktive /?C-Bandfilter an alle praktischen Forderungen anpassen, z. B. schmal- oder breitbandig bzw. langsam oder schnell einschwingend ausführen.
d) Die Auskopplungslast hat keinen Einfluß auf die Selektivität, weil der Verstärker der letzten RC-Siebschaltung die Leistung liefert und jede Rückwirkung unterbindet; zusätzliche Leistungsverstärker werden also nicht benötigt.
e) Durch den Verstärker der letzten ßC-Siebschaltung sind stets große Ausgangspegel möglich. Dadurch werden Schwellwerte, z. B. von Transistoren, bedeutungslos, und man erreicht eine echte Schalterfunktion.
f) Bei aktiven RC-Bandfiltern sind der Platzbedarf und der Preis wesentlich günstiger als bei LC- Bandfiltern. Folglich sind Zweikreisfilter (Bandfilter mit zwei Siebschaltungen) einsetzbar. Zweikreisfilter haben gegenüber Einkreisfiltern (Bandfilter mit nur einer Siebschaltung) den Vorteil der größeren Dämpfung Gfbei gleicher Selektivität.
g) Bei aktiven #G Bandfiltern kann man stets optimal (= kritisch) koppeln, so daß man relativ große Dämpfungen d und folglich kurze Einschwingzeiten (und damit verbunden geringe Impulsverzerrungen) bekommt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein aktives /?C-Bandfilter anzugeben, bei dem die bei aktiven ÄC-Verstimmungs-Bandfiltern möglichen, untragbar großen Schwankungen des Koppelfaktors Arund des Verstärkungsfaktors ν nicht auftreten, das im übrigen aber die zuvor zu a) bis g) aufgezeigten positiven Eigenschaften aufweist.
Das erfindungsgemäße Bandfilter, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aktiven /?C-Siebschaltungen über zwei kapazitive Kopplungsbauelemente miteinander gekoppelt sind, wobei das erste Kopplungsbauelement zwischen dem dem Eingang der ersten /?C-Siebschaltung abgewandten Ende des Eingangswiderstandes und dem Ausgang des Verstärkers der zweiten /?C-Siebschaltung und das zweite Kopplungsbauelement zwischen dem Ausgang des Verstärkers der ersten RC-Siebschaltung und dem dem Eingang der zweiten ÄC-Siebschaltung abgewandten Ende des Eingangswiderstandes geschaltet sind.
Für die bisher beschriebene Ausfühningsform des erfindungsgemäßen BanJfilters gilt folgendes:
Das in Rede stehende Bandfilter läßt sich durch ein zweikreisiges System von gekoppelten Differentialgleichungen beschreiben, in denen einerseits ein kapazitives Koppelglied und andererseits ein kapazitives Koppelglied und ein galvanisches Koppelglied auftreten; aus den zuvor angesprochenen Koppelgliedern ergibt sich insgesamt ein komplexer Koppelfaktor k, was unerwünscht ist. Anhand der das in Rede stehende Bandfilter beschreibenden Differentialgleichungen läßt sich zeigen, daß das galvanische Koppelglied Null wird, wenn der Eingangswiderstand der zweiten /?C-Siebschaltung den Widerstandswert Unendlich annimmt, wenn man also bei der zweiten /?C-Siebschaltung den Eingangswiderstand wegläßt, so daß der Ausgang der ersten ßC-Siebschaltung nur noch über ein kapazitives Kopplungsbauelement mit dem eingang der zweiten WC-Siebschaltung verbunden ist.
Läßt man nun aus dem zuvor erläuterten Grund den Eingangswiderstand der zweiten ßC-Siebschaltung weg, so wird die vorher gegebene Koeffizientensymmetrie in den beiden das erfindungsgemäße Bandfilter beschreibende Differentialgleichungen verletzt. Die für die theoretische Betrachtung und die bauteilmäßige Auslegung des erfindungsgemäßen Bandfilters wünschenswerte Koeffizientensymmetrie wird jedoch wieder erreicht, wenn man dem Abieilwiderstand der zweiten ßC-Siebschaltung einen Symmetriewiderstand parallel schaltet. Es bleibt dann trotzdem dabei, daß der Koppelfaktor k nur durch zwei kapazitive Koppelglieder bestimmt ist; es gilt nämlich
mit
und
k = |. Zc1 · k2
ί:, = erstes Koppelglied
k2 = zweites Koppelglied.
Für die einzelnen Koppelglieder gilt nun
k - C»
k, =
Ck2
C22
Kapazität des ersten kapazitiven Kopplungsbauelementes,
Kapazität des zweiten kapazitiven Kopplungsbauelementes,
Kapazität des zweiten Siebkondensators der ersten /?C-Siebschaltungund
Kapazität des zweiten Siebkondensators der zweiten .RC-Siebschaltung.
Im Ergebnis erhält man für den Koppelfaktor
k =
12 · C22
Damit ist gezeigt, daß sich bei dem bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Bandfilter der Koppelfaktor ka\s reines Kapazitätsverhältnis darstellt.
Im Rahmen der Erfindung besteht die Möglichkeit, bei den zuvor im einzelnen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bandfilters jeweils anstelle von ohmschen Bauelementen (Eingangswiderstände, Ableitwiderstände, Rückführungswiderstände) kapazitive Bauelemente und anstelle von kapazitiven Bauelementen (Siebkondensatoren, kapazitive Kopplungsbauelemente) ohmsche Bauelemente vorzusehen; man erhält dann zu den zuvor beschriebenen Bandfiltern inverse Bandfilter. Für das inverse Bandfilter stellt sich z. B. der Koppelfaktor k als reines Widerstandsverhältnis dar, wenn sich ohne die Inversion der Koppelfaktor k als reines Kapazitätsverhällnis dargestellt hat.
Stellt man bei dem zuerst beschriebenen erfindungsgemäßen Bandfilter,bei dem sich der Koppeifaktor k ais reines Kapazitätsverhältnis darstellt, eine Gleichung für die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung auf, so geht in diese Gleichung als Faktor das Frequenzverhältnis ω/ωο ein. Für das zuvor angesprochene Bandfilter, bei dem also anstelle von ohmschen Bauelementen kapazitive Bauelemente und anstelle von kapazitiven Bauelementen ohmsche Bauelemente vorgesehen sind, geht in die Gleichung für die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Eingangsspannung als Faktor das Frequenzverhältnis ωο/ω ein.
Wie im einzelnen ausgeführt, gehören zur Erfindung sowohl kapazitiv als auch ohmisch gekoppelte aktive /? C-Koppel-Bandfilter. Da der Frequenzgang der kapazitiv gekoppelten aktiven ÄC-Koppel-Bandfilter invers ist gegenüber dem Frequenzgang der ohmisch gekoppelten aktiven /?C-Koppei-Bandfi!ter. läßt sich ein vierkreisiges Bandfilter aus einem kapazitiv gekoppelten aktiven /?C-Koppel-Bandfi!ter und aus einem ohmisch gekoppelten aktiven /?OKoppel-Bandfiiter durch Hintereinanderschalten der beiden in Rede stehenden zweikreisigen Bandfilter schaffen. Ein solches vierkreisiges Bandfilter schwingt bei gleicher Selektivität wesentlich schneller ein als ein zweikreisiges Bandfilter.
Schließlich besteht noch die Möglichkeit, bei besonders hohen Anforderungen mehrere der zuvor beschriebenen vierkreisigen Bandfilter hintereinander zu schalten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert: es zeigt
F i g. 1 das Schaltbild einer bei einem erfindungsgemäßen Bandfilter verwendeten aktiven /?C-Siebschaltung.
F i g. 2 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Zvveikreisigcn Bandfüiers and
F ι g. 3 schematisch, ein erfindungsgemäß vierkreisiges Bandfilter.
In den Figuren ist ein Bandfilter 1 (Fig.2) bzw. ein Bandfilter 2 (Fig.3) dargestellt, das aus zwei aktiven ÄC-Siebschaltungen 3 (Fig.2) bzw. aus vier aktiven ÄC-Si ebschaltungen 3 (F i g. 3) besteht.
Wie die Fi g. 1 zeigt bestehen die in den Bandffltern 1 bzw. 2 nach den Fig. 2 bzw. 3 verwendeten aktiven ßC-Siebschaltungen 3 grundsätzlich aus einem Eingangswiderstand 4, einem Ableitwiderstand 5, zwei Siebkondensatoren 6, 7, einem Rückführwiderstand 8 und einem Verstärker 9. Der Ableitwiderstand 5 und die beiden Siebkondensatoren 6, 7 sind jeweils mit einem Ende mit dem dem Eingang 10 der /?C-Siebschaltung 3 abgewandten Ende des Eingangswiderstandes 4 verbunden. Das eine Ende des Rückführwiderslandes 8 und der Eingang 11 des Verstärkers 9 sind an das andere Ende des ersten Siebkondensators 6 angeschlossen. Schließlich sind die anderen Enden des zweiten Siebkondensators 7 und des Rückführungswiderstandes 8 mit dem Ausgang 12 des Verstärkers 8 verbunden.
'5 Zwei aktive ÄC-Siebschaltungen 3 nach Fig. 1 sind, wie die F i g. 2 zeigt, über zwei kapazitive Koppiungsbauelemente 13,14 miteinander gekoppelt. Dabei ist das erste kapazitive Kopplungsbauelement 13 zwischen dem dem Eingang 10 der ersten flC-Siebschaltung 3 abgewandten Ende des Eingangswiderstandes 4 und dem Ausgang 12 des Verstärkers 9 der zweiten ÄC-Siebschaltung 3 und das zweite kapazitive Kopplungsbauelement 14 zwischen dem Ausgang 12 des Verstärkers 9 der ersten /?C-Siebschaltung 3 und dem dem Eingang 10 der zweiten /?C-Siebschaltung 3 abgewandten Ende des Eingangswiderstandes 4 geschaltet.
In dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bandfilters 1 hat der Eingangswiderstand 4 der zweiten tfC-Siebschaltung 3 den Widerstandswert Unendlich; praktisch bedeutet das natürlich, daß bei der zweiten ÄC-Siebschaltung 3 der Eingangswiderstand 4 weggelassen wird. Aus Gründen, die weiter oben erläutert worden sind, ist (als »Ersatz« für den Eingangswiderstand 4) dem Ableitwiderstand 5 der zweiten ÄC-Siebschaltung 3 ein Symmetriewiderstand 15 parallel geschaltet
Bei dem zuvor beschriebenen, in F i g. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Bandfilter 1 handelt es sich um ein kapazitiv gekoppeltes aktives ÄC-Koppel-Bandfilter, bei dem sich der Koppeifaktor k als reines Kapazitätsverhältnis darstellt
Es besteht nun die Möglichkeit was in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist bei dem erfindungsgemäßen Bandfilter 1 anstelle von ohmschen Bauelementen (Eingangswiderstände 4, Ableitwiderstände 5, Rückführwiderstände 8) kapazitive Bauelemente und anstelle von kapazitiven Bauelementen (Siebkondensatoren 6, 7, kapazitive Kopplungsbauelemente 13, 14) ohmsche Bauelemente vorzusehen. Man erhält dann ein ohmisch gekoppeltes aktives ÄC-Koppel-Bandfilter,bei dem sich der Koppclfsktcr k ais reines Wädersiandsverhälüss darstellt
Die F i g. 3 zeigt schließlich eine Bandfilteranordnung 2, bestehend aus zwei Bandffltern 1, wobei das erste Bandfilter 1 ein kapazitiv gekoppeltes aktives RC-Koppel-Bandfüter und das zweite Bandfilter 1 ein ohmJsch gekoppeltes aktives ÄC-Koppel-Bandfiker ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Bandfilter, insbesondere Eingangsfilter für Empfänger von Rundsteueranlagen, mit zwei aktiven ÄC-Siebschaltungen, die jeweils aus einem Eingangswiderstand, einem Ableitwiderstand, zwei Siebkondensatoren, einem Rückführwiderstand und einem Verstärker bestehen und bei denen der Ableitwiderstand und die beiden Siebkondensatoren jeweils mit einem Ende mit dem dem Eingang der ÄC-Siebschaltung abgewandten Ende des Eingangswiderstandes, der Rückführwiderstand mit seinem einen Ende und der Eingang des Verstärkers mit dem anderen Ende des ersten Siebkondensators und die anderen Enden des zweiten Siebkondensators und des Rückführwiderstandes mit dein Ausgang des Verstärkers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aktiven tfC-Siebschaltungen (3) über zwei kapazitive Kopplungsbauelemente (13,14) miteinander gekoppelt sind, wobei das erste Kopplungsbauelement (13) zwischen dem dem Eingang (10) der ersten ÄC-Siebschaltung (3) abgewandten Ende des Eingangswiderstandes (4) und dem Ausgang (12) des Verstärkers (9) der zweiten KC-Siebschaltung (3) und das zweite Kopplungsbauelement (14) zwischen dem Ausgang (12) des Verstärkers (9) der ersten tfC-Siebschaltung (3) und dem dem Eingang (10) der zweiten /?C-Siebschaltung (3) abgewandten Ende des Eingangswiderstandes (4) geschaltet sind.
2. Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand (4) der zweiten ÄC-Siebschaltung (H) den Widerstandswert Unendlich hat.
3. Bandfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ableitwiderstand (5) der zweiten tfC-Siebschaltung (3) ein Symmetrierwiderstand (15) parallel geschaltet ist.
4. Bandfilteranordnung mit einem Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bandfilter (1) ein gleichartiges Bandfilter (1) in Serie geschaltet ist.
5. Bandfilteranordnung mit einem Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß mildern Bandfilter(1) ein zudem Bandfilter (1) inverses Bandfilter in Serie geschaltet ist.
6. Bandfilteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Bandfiltern (1) bzw. mit dem Bandfilter (1) und dem zu dem Bandfilter (1) inversen Bandfilter weitere Bandfilter (1) und/oder zu dem Bandfilter (1) inverse Bandfilter in Serie geschaltet sind.
Ende des ersten Siebkondensators und die anderen Enden des zweiten Siebkondensators und des Rückführwiderstandes mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden sind.
Bandfilter kann man u. a. nach den drei folgenden Kriterien unterscheiden, nämlich
a) nach der Art der die Bandmittenfrequenz bestimmenden Bauteile; handelt es sich bei den die Bandmittenfrequenz bestimmenden Bauteilen um Spulen und Kondensatoren, so liegen LC-Bandfilter vor, werden als die Bandmittelfrequenz bestimmende Bauteile Widerstände und Kondensatoren verwendet, so erhält man ÄC-Bandfilter;
b) nach Art der Realisierung des Koppelfaktors; ist der Koppelfaktor durch das Verhältnis substantiell oder gegenständlich vorhandener Kopplungsbauelemente gegeben, so spricht man von einem Koppel-Bandfilter, ist der Koppelfaktor nicht durch das Verhältnis substantiell oder gegenständlich vorhandener Kopplungsbauelemente gegeben, so spricht man von einem Verstimmungs-Bandfilter;
c) danach, ob zu den verwendeten Siebschaltungen aktive Bauelemente gehören oder nicht; man spricht von aktiven bzw. passiven Bandfiltern.
Zum Stand der Technik gehören aktive und passive LC-Koppel-Bandfilter, aktive und passive Z-C-Verstimmungs-Bandfilter sowie aktive und passive RC-Verstimmungs-Bandfilter.
Das eingangs beschriebene, aus der DT-OS 23 06 452 und der Literaturstelle »Schaltungen mit Operationsverstärkern« von Fritz B erg to Id, Band II, Seite 89, bekannte Bandfilter mit zwei aktiven /?C-Siebschaltungen ist ein aktives RC-Verstimmungs-Bandfilter, so daß im folgenden die im Stand der Technik bekannten aktiven ftC-Verstimmungs-Bandfilter betrachtet werden sollen.
Bei ÄC-Verstimmungs-Bandfiltern gilt für den Koppelfaktor
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