DE2608431B2 - Aus zwei allpassgliedern erster ordnung gebildete spulenlose filterschaltung - Google Patents
Aus zwei allpassgliedern erster ordnung gebildete spulenlose filterschaltungInfo
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- H03H11/1217—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a plurality of operational amplifiers
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Description
Die Erfindung betrifft eine aus zwei Allpaßgliedern erster Ordnung gebildete spulenlose Filterschaltung,
deren einzelne Glieder aus Operationsverstärkern, Kondensatoren und Widersländen bestehen und bei der
zwischen den einzelnen Gliedern eine Rückkopplung vorgesehen ist und weiterhin eine Eingangsklemme und
eine Ausgangsklemme über eine durchgehende Leitung miteinander verbunden sind.
Bekanntlich werden ftC-Filterschaltungen in der
Nachrichtentechnik immer häufiger deshalb angewendet, weil es mit Hilfe dieser Schaltungen möglich ist,
frequenzselektive Anordnungen zu schaffen, bei denen auf den Einsatz von Spulen verzichtet werden kann. In
dem Bestreben, solche Schaltungen möglichst klein aufzubauen, tritt dieses Bedürfnis immer stärker deshalb
in den Vordergrund, weil Spulen sich nicht in dem Ausmaß verkleinern lassen, wie dies mit Widerständen,
Kondensatoren und aktiven Elementen durch Anwendung moderner Technologien möglich ist, zumal sich
gezeigt hat, daß Spulen einem integrierten Aufbau nur sehr schwer zugänglich sind.
Zur Realisierung aktiver ftC-Filterschaltungen sind
bereits verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden; eine dieser bekannten Möglichkeiten ist beispielsweise
in der Literaturstelle »Electronic Letters«, Vol. 8, Seiten 458 bis 459, Sept. 1972, ingegeben und es werden dort
Schaltungen beschrieben, die eine sogenannte biquadratische Transferfunktion haben. Bei diesen bekannten
Schaltungen werden zwei Allpaßglieder erster Ordnung verwendet, die selbst aus Operationsverstärkern,
Kondensatoren und Widerständen bestehen. Durch eine geeignete Rückkopplung der einzelnen Glieder wird
dabei eine Art Allpaßschleife gebildet. Bei diesen bekannten Schaltungen müssen aber noch immer drei
oder sogar mehr Operationsverstärker verwendet werden, um die allgemeine biquadratische Transferfunktion
zu realisieren, was wiederum zur Folge hat, daß auch der Gleichstrombedarf für die einzelne Gesamt-
ji schaltung ein gewisses Maß nicht unterschreiten
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive ßC-Filterschaltung anzugeben, bei der einerseits die
vorteilhaften Eigenschaften der erwähnten bekannten
4(i Schaltungen im wesentlichen erhalten bleiben, jedoch
gleichzeitig ein Aufbau mit nur zwei Operationsverstärkern und einer möglichst geringen Anzahl von
Reaktanzelementen möglich ist.
Ausgehend von einer aus zwei Allpaßgliedern erster
Ausgehend von einer aus zwei Allpaßgliedern erster
•ι ι Ordnung gebildeten spulenlosen Filterschaltung, bei der
jedes Allpaßglied einen Operationsverstärker enthält, dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem
invertierenden Eingang verbunden ist, und den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker jeweils ein
Widerstand vorgeschaltet ist, dessen eingangsseitiger Anschluß im ersten Allpaßglied auf einen Knoten der
Schaltung und im zweiten Allpaßglied auf den Ausgang des ersten Operationsverstärkers führt, und vom
Ausgang des zweiten Operationsverstärkers eine Rückkopplung über einen Widerstand an den Knoten
vorgesehen ist, und weiterhin eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme über eine durchgehende Leitung
miteinander verbunden sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom Knoten über
bo einen Kondensator der nicht invertierende Eingang des
ersten Operationsverstärkers angeschaltet ist, der gleichzeitig über einen Widerstand an der durchgehenden
Leitung liegt, daß vom Ausgang des ersten Operationsverstärkers ein weiterer Widerstand zum
6") nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers
führt, der gleichzeitig über einen Kondensator mit der durchgehenden Leitung verbunden ist, und
daß von der zweiten Eingangsklemme ein Widerstand
an den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers,
ein weiterer Widerstand an den Knoten und ein dritter Widerstand an den invertierenden Eingang
des zweiten Operationsverstärker- geschaltet sind.
Eine Abwandlung dieser erfindungsgemäßen Schaltung zur Lösung der gestellten Aufgabe ist darin zu
sehen, daß im ersten Allpaßglied die am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
liegende,ι Schaltelemente vertauscht sind, daß im /weiten Allpaßglied ebenfalls die am nicht invertierenden
Eingang des zweiten Operationsverstärkers liegenden Schaltelemente vertauscht sind, und daß der für die
Rückkopplung vorgesehene Widerstand an einen weiteren Knoten herangeführt ist, der über einen
Widerstand einerseits mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und andererseits über einen
Widerstand mit der durchgehenden Leitung verbunden ist.
Es zeigt in der Zeichnung
F i g. 1 eine Schaltung, die Tiefpaßverhalten hat und
einen Dämpfungspol oberhalb des Filterdurchlaßbereiches liefert,
F i g. 2 eine Schaltung, die Hochpaßverhalten hat und einen Dämpfungspol unterhalb des Filterdurchlaßbereiches
liefert.
In der Schaltung von Fig. 1 sind mit den Bezugsziffern
5 und 4 die Eingangsklemmen und mit den Bezugsziffern 6 und 4 die Ausgangsklemmen bezeichnet.
Jeweils eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme sind elektrisch leitend durchverbunden, was
durch die durchgehende Leitung 4 kenntlich gemacht ist, die gleichzeitig elektrisches Bezugspotential für die
gesamte Schaltung darstellen kann, was durch das bekannte »Massezeichen« ebenfalls kenntlich gemacht
ist. Wie bereits erwähnt, wird bei der Erfindung davon ausgegangen, daß zwei Allpaßglieder erster Ordnung
derart miteinander zusaminengeschaltet werden, daß
sich eine Transferfunktion zweiten Grades realisieren läßt. In der S-hallung von Fig. 1 wird das erste
Allpaßglied aus einem ersten Operationsverstärker 1 gebildet, dessen nicht invertierender Eingang ( + ) mit
1 a, dessen invertierender Eingang (-) mit 1 b und dessen Ausgang mit Ic bezeichnet ist. Der Ausgang Ic des
Operationsverstärkers 1 ist weiterhin über einen Widerstand /?«', mit dem invertierenden Eingang 16 des
Operationsverstärkers I verbunden. Ferner sind der invertierende Eingang \b und nicht invertierende
Eingang la über eine Serienschaltung aus einem Widerstand /?cund einem Kondensator Ci miteinander
verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen Widerstand R1- und Kondensator Ci wird demzufolge ein
Knoten 3 gebildet. Der nicht invertierende Eingang la des Operationsverstärkers 1 ist weiterhin über einen
Widerstand /?., mit durch durchgehenden Leitung 4 verbunden.
Das zweite Allpaßglied wird von einem Operationsverstärker 2 gebildet, dessen nicht invertierender
Eingang mit 2a, dessen invertierender Eingang 2b und dessen Ausgang mit 2c bezeichnet sind. Der Ausgang 2c
und (!er invertierende Eingang 26 sind über einen Widerstand Rn" miteinander verbunden. Ferner ist zu
erkennen, daß der invertierende Eingang 2b über einen Widerstand R* mit dem Ausgang Ic des ersten
Operationsverstärkers verbunden ist. Vom Ausgang \c des ersten Operationsverstärkers führt eine weitere
Verbindung über einen Widerstand Rh zum ni.ht
invertierenden Eingang 2a des zweiten Operationsverstärkers, zugleich ist der Eingang 2a über einen
<T> mit
Kondensator <ti mit der durchgehenden Leitung 4
verbunden. Die Rückkopplung erfolgt über einen Widerstand R1, der vom Ausgang 2c des zweiten
Operationsverstärkers auf den im Zusammenhang mit dem ersten Allpaßglied bereits erläuterten Knoten 3 der
Schaltung führt.
Wie aus Fig. 1 ferner zu erkennen ist, wird eine an
den Eingangsklemmen 5, 4 anliegende Eingangsspannung LI, über weitere Widerstände an verschiedene
Punkte der Schaltung zugeführt. Hierzu dient ein weiterer Widerstand Ri, der zwischen der Eingangsklemme 5 und dem Knoten 3 liegt, sowie ein Widerstand
R\, der zwischen der Eingangsklemme 5 und dem invertierenden Eingang lodes Operationsverstärkers 1
liegt und weiterhin ein Widerstand R^, der von der
Eingangsklemme 5 auf den invertierenden Eingang 2b des Operationsverstärkers 2 geschaltet ist.
Wie aus F i g. ) ferner zu erkennen ist, kann die Ausgangsspannung LO zwischen den Klemmen 6 und 4
abgenommen werden und es wird dabei die Ausgangsklemme 6 unmittelbar vom Ausgang 2c des zweiten
Operationsverstärkers gebildet.
Wie einleitend bereits erwähnt, ist in Fig. 2 eine Schaltung dargestellt, die Hochpaßverhalten hat und die
einen Dämpfungspol unterhalb des Durchlaßbereiches liefert. Bezüglich des Schaltungsaufbaues sei unmittelbar
auf F i g. 1 hingewiesen, denn es sind in F i g. 2 an sich gleichgeschaltete und an gleichen Stellen liegende
Schaltelemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. I bezeichnet. Auch in F i g. 2 sind unmittelbar die
Eingangsklemmen 5, 4 bzw. die Ausgangsklemmen 6, 4 sowie auch die Operationsverstärker i und 2 mit ihren
jeweils analog bezeichneten Eingangs- und Ausgangsanschlüssen zu erkennen. Aus diesem Grund sei im
folgenden nur mehr auf die Unterschiede gegenüber F i g. 1 hingewiesen.
Fig. 2 läßt erkennen, daß im ersten Allpaßglied die Schaltelemente der Serienschaltung aus Widerstand
und Kondensator (gegenüber Fig. 1) ihre Plätze getauscht haben, so daß also der Widerstand R., sich
dem Schaltungsknoten 3 anschließt und mit dem nicht invertierenden Eingang la des Operationsverstärkers 1
verbunden ist. Vom Eingang la führt dann der Kondensator Ci unmittelbar zur durchgehenden Leitung.
Analog gilt dies auch für die Widerstands-Kondensatorkombination des zweiten Allpaßgliedes, so daß
hier der Kondensator Ci dem Ausgang Ic des
Operationsverstärkers 1 nachgeschaltet ist und zum nicht invertierenden Eingang 2a des Operationsverstärkers
führt. Zudem ist der Eingang 2a über den Widerstand Rt, mit der durchgehenden Leitung 4
verbunden. Der im Rückkopplungsweg zum Knoten 3 liegende Widerstand ist in F i g. 2 mit /?ü bezeichnet.
Dieser Widerstand ist andererseits mit einem weiteren Schaltungsknoten 7 verbunden, der durch die Scrienschaltung
zweier Widerstände /?i? und R» entsteht.
Diese beiden Widerstände liegen unmittelbar am Ausgang 2c des Operationsverstärkers 2 und es ist der
Widerstand Rn mit dem dem Knoten 7 abgewandten
Anschluß unmittelbar mit der durchgehenden Leitung 4 verbunden. Auch in dieser Ausführungsform bildet der
Ausgang 2cdes Operationsverstärkers 2 unmittelbar die eine Ausgangsklemme 6.
Als Beispiel für die Bemessung der Schaltelemente seien noch die folgenden Gleichungen angegeben, die
für die Schaltung nach Fig. 1 Gültigkeit haben und die entsprechend auch auf die Schaltung von F i g. 2
angewendet werden können.
j,
= —j- — — /„ -
U> ί + s % + 4
R1I R4VA1 + K J + "R2 +R;, V + R1
J
C1C2R11R1,
C1C2R11R1,
, «23 , R2 Λ , R4I
+j; T MR, V RsJ R,
R^ / jR^N Rj)
R2 + R3 V R1) R4
R2 + R3 V R1) R4
Rt) + f (1 + f')(1 + if
R5 R1 R4/ \ R,, / R2 + R.i \ R1J R4
&'['
+
χ
+ "ξ+-Ry-RtV + «ill'L χ «2 + «Α1 + α;-) R.J!
- - Ri- (\ + Κ\~(·, + «.'ΛΊ + QR, Γ, Ry _ . R, R,;' Ro
«2 + «,V «,A R5AI T1R1, L R, R2 + R. R4 R
«Τ «4
R2 +X ν R.J R4
'D ι— /
D \ / ty ''
D ' V '' \
I? I?'J?"~1
V^ LV + ~X') V K5 ~ «ι «4/ ~ *2"+ R, R.^ R4J
In den vorstehenden Formeln bedeutet T(s) die
unmittelbare Transferfunktion, wobei s die komplexe Frequenz ist: Tu ist ein konstanter Faktor. Mit w, ist die
Frequenz der Sperrstelle des Filters bezeichnet, mit ω,,
die Eigenfrequenz im Durchlaßbereich.
Wie bereits erwähnt, ermöglichen es die vorstehend beschriebenen Schaltungen, mit nur zwei Operationsverstärkern
und jeweils nur zwei Kondensatoren
Tiefpaß- bzw. Hochpaßschaltungen zu realisieren, die
einen Dämpfungspol im Sperrbercich haben. Darüber hinaus ist es weiterhin möglich, die Verluste der
Kondensatoren zu berücksichtigen und unmittelbar in den Schaltungsentwurf einzurechnen. Durch eine
Kettenschaltung der Schaltungen aus den Fig. 1 und 2
lassen sich auch Bandpässe b/.w. Bandsperren aufbauen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Aus zwei Allpaßgliedern erster Ordnung gebildete spulenlose Filterschaltung, bei der jedes
Allpaßglied einen Operationsverstärker enthält, dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem
invertierenden Eingang verbunden ist, und den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker
jeweils ein Widerstand vorgeschaltei ist, dessen eingangsseitiger Anschluß im ersten Allpaßglied auf
einen Knoten der Schaltung und im zweiten Allpaßglied auf den Ausgang des ersten Operationsverstärkers
führt, und vom Ausgang des zweiten Operationsverstärkers eine Rückkopplung über einen Widerstand an den Knoten vorgesehen ist, und
weiterhin eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme über eine durchgehende Leitung miteinander
verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß vom Knoten (3) über einen Kondensator (Q) der nicht invertierende Eingang (IaJ des ersten
Operationsverstärkers (1) angeschaltet ist, der gleichzeitig über einen Widerstand (R.) an der
durchgehenden Leitung (4) liegt, daß vom Ausgang (ic) des ersten Operationsverstärkers (1) ein
weiterer Widerstand (Rt,) zum nicht invertierenden Eingang (2a) des zweiten Operationsverstärkers (2)
führt, der gleichzeitig über einen Kondensator (C,) mit der durchgehenden Leitung (4) verbunden ist.
und daß von der zweiten Eingangsklemme (5) ein Widerstand (Ri) an den invertierenden Eingang (16;
des ersten Operationsverstärkers (1), ein weiterer Widerstand (Ri) an den Knoten (3) und ein dritter
Widerstand (R-,) an den invertierenden Eingang (2b) des zweiten Operationsverstärkers (2) geschaltet
sind.
2. Filterschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Abwandlung, daß im ersten
Allpaßglied die am nicht invertierenden Eingang (in) des Operationsverstärkers (1) liegenden Schaltelemente
(R.,, C) vertauscht sind, daß im zweiten Allpaßglied ebenfalls die am nicht invertierenden
Eingang (2a) des zweiten Operationsverstärkers (2) liegenden Schaltelemente (C1, Ri,) vertauscht sind,
und daß der für die Rückkopplung vorgesehene Widerstand (Ri]) an einen weiteren Knoten (7)
herangeführt ist, der über einen Widerstand (R12)
einerseits mit dem Ausgang (2c) des zweiten Operationsverstärkers (2) und andererseits über
einen Widersland (Rn) mit der durchgehenden Leitung (4) verbunden ist.
Priority Applications (1)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19762608431 DE2608431C3 (de) | 1976-03-01 | 1976-03-01 | Aus zwei Allpaflgliedern erster Ordnung gebildete spulenlose Filterschaltung |
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DE2608431C3 DE2608431C3 (de) | 1978-08-17 |
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100396629B1 (ko) * | 1995-01-12 | 2003-12-01 | 타케시 이케다 | 동조회로 |
KR100396630B1 (ko) * | 1995-01-12 | 2003-12-01 | 타케시 이케다 | 동조회로 |
EP0860942B1 (de) * | 1995-11-07 | 2006-08-02 | Ikeda, Takeshi | Abstimmbarer verstärker |
-
1976
- 1976-03-01 DE DE19762608431 patent/DE2608431C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2608431C3 (de) | 1978-08-17 |
DE2608431A1 (de) | 1977-09-08 |
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