DE2831107B2

DE2831107B2 -

Info

Publication number: DE2831107B2
Application number: DE2831107A
Authority: DE
Inventors: Jean Pierre Georges Clamart Hauts-De-Seine Charil (Frankreich)
Original assignee: Association des Ouvriers en Instruments de Precision
Current assignee: Association des Ouvriers en Instruments de Precision
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1979-11-22
Also published as: BE869326A; GB2002193A; DE2831107A1; FR2399159A1

Description

an dem gemeinsamen Punkt der Widerstände Λ'2 und Ri anlegt und anschließend der Wert des Widerstandes A3 in der Weise kalibriert wird, daß das am jo Ausgang d:« Operationsverstärkers (A) erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 45' aufweist, und daß man in einem zweiten Schritt ein Sipaal der Frequenz

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am gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und Rj anlegt, und anschließend der Wert des Widerstandes Rj in der Weise kalibriert wird, daß das am Ausgpng des Operationsverstärkers (A) erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 90° aufweist, worauf in einem dritten Schnitt ein von den bereits angelegten Frequenzen (ö)i, C02) in der Frequenz verschiedenes Signal an den gemeinsamen Punkt der Widerstände (R\ und R2) angelegt wird, worauf der Verstärkungsfaktor in geschlossener Schleife (K)dcs Verstärkers (A) in der Weise eingestellt wird, daß das am dessen Ausgang erscheinende Signal ein Amplitudenverhältnis bzw. eine Phasenverschiebung gegenüber dem angelegten Signal aufweist, die im wesentlichen gleich den Werten ist, die bei Rj, Rj, Cj, d vorgesehen sind, und ferner in einem vierten Schnitt ein Signal vorgegebener Frequenz am gemeinsamen Punkt der Widerstände Rj und ftj angelegt und der Widerstand /?4 derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände Ri und Rj erscheinende _bo Signal gegenüber dem angelegten Signal eine Phasenverschiebung oder Dämpfung aufweist, die den vorgesehenen Werten für Rj und Q entspricht, und schließlich in einem fünften Schnitt eine vorgegebene Frequenz an den Eingang der T-Zelle (Ru C₁, Zf₂) gelegt und der Wert des Widerstands /?, derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände R] und Rj auftretende Signal Die Erfindung bezieht sich auf ein Aktivtiefpaßfilter dritter Ordnung, bestehend aus einer sogenannten SALLEN-KEY-Schaltung, gebildet aus einem Operationsverstärker, einem Kondensator zwischen dem Eingang des Operationsverstärkers und Masse, einem mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbundenen Eingangswiderstand und einem den Eingangswiderstand und den Operationsverstärker überbrückenden Rückkopplungskondensator und mit einer auf den Eingangswiderstand geschalteten T-Zelle gebildet aus zwei in Reihe liegenden Längswiderständen und einem zwischen dem Verbindungspunkt der Längswiderstände und Masse liegenden Kondensator. Ein Filter dieser Ausbildung ist aus »Analoge integrierte Scnakungcn«, von M. Herpy, Franzis-Verlag München, 1976, Seite 437, bekannt.

Aktive Tiefpaßfilter dritter Ordnung werden beispielsweise bereits bei Modulations- bzw. Demodulationsfiltern einer Vorrichtung zum Senden und Empfangen kodierter Fer:<sprechimpulse verwendet. Sie weisen im wesentlichen einen Operationsverstärker und ein Netzwerk aus Widerständen und Kondensatoren auf, das insbesondere so angeschlossen ist, daß an den Operationsverstärker eine vorbestimmte Rückkopplung angelegt wird. Damit einem Aktivfilter dieser Art eine vorgegebene Übertragungsfunktion und ein vorgegebener Verstärkungsfaktor gegeben werden, müssen die Abweichungen berücksichtigt werden, die sowohl die resistiven wie auch kapazitiven Bauteile des genannten Netzwerks, wie auch die Charakteris'.ika des Operationsverstärkers gegenüber ihrem jeweiligen Sollwert aufweisen können. Bei Ji^sen verschiedenen Bauteilen lassen sich nur die Widerstandswerte des Netzwerkes verhältnismäßig einfach und insbesondere kontinuierlich dimensionieren, um der jeweiligen Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der anderen Bauteile des Filters Rechnung zu tragen. Nach Messung der Charakteristika des Operationsverstärkers und der Werte der kapazitiven Bauelemente des Netz werkes lassen sich somit die Werte theoretisch berechnen, die die resistiven Bauteile des Netzwerkes aufweisen müssen, damit das Filter die gewünschte Übertragungsfunktion und den gewünschten Verstärkungsfaktor hat.

Es hat sich jedoch erwiesen, daß dieses Verfahren wenig zufriedenstellend ist, je nachdem, ob es eine genaue Kalibrierung aller Bauteile des Filters und komplizierte Berechnungen erfordert, oder ob es die Herstellung völlig zuverlässiger oder sicherer Aktivfilter nicht gestattet, deren verschiedene Parameter genau die vorgesehenen Werte aufweisen. Aus diesem Grunde ist man für die Herstellung von Aktivfilter der genannten Art zu einem Verfahren übergegangen, das darin besteht, daß man kontinuierlich die verschiedenen, zu kalibrierenden Parameter des Aktivfilters in dem Maße mißt, wie man die verschiedenen Bauteile des Netzwerkes kontinuierlich einstellt. Die Anwendung dieses Verfahrens ist besonders in dem immer häufiger auftretenden Fall günstig anzuwenden, in dem das betreffende Aktivfilter aus einer Festkörperschaltung in integrierter oder Hybridtechnik hergestellt wird, in

welcher die verschiedenen resistiven Elemente als Widerstandsbänder bzw. -bereiche ausgeführt sind, deren Dimensionierung in Querrichtung kontinuierlich eingestellt werden kann, damit der entsprechende Widerstandswert mit höherer Genauigkeit kalibrierbar ■> ist; insbesondere wurde zu diesem Zweck eine Vorrichtung entwickelt, die einen Laserstrahl erzeugt, dessen Bewegungen automatisch über einen Rechner so gesteuert w-rden, daß die Dimensionicrung des Widerstandsbereiches, auf den der Laserstrahl auftrifft, in eingestellt werden kann. Dieses verbesserte Verfahren weist den großen Vorteil auf, daß eine genaue Messung der Charakteristika des Operationsverstärkers und der Werte der kapazitiven Bauteile des Netzwerkes und auch die komplizierten Berechnungen auf Grundlage der Meßwerte entfallen.

Bisher war es nur vorgesehen, dieses verbesserte Verfahren zum Kalibrieren der Parameter verschiedener Arten von Aktivtiefpaßfiltern zweiter Ordnung anzuwenden.

In der Zeichnung (Fig. 1) isi nun ein Blockschaltbild eines Aktivtiefpaßfilters dritter Ordnung vorgesehen, bei dem in einer sogenannten Sallen-Key-Schaltung mit T-Zelle zwischen den Ausgang und den Eingang des Verstärkers A, mit dem die T-ZeIIe über einen Eingang > > verbunden ist, zwei Kondensatoren geschaltet sind, von denen der eine mit einem der Widerstände eine Gegenkopplungsschleife bildet, während der andere zwischen den Eingang des Verstärkers A und Masse geschaltet ist. Die Übertragungsfunktion dieses Aktiv- jo tiefpaßfilters folgt der folgenden Formel:

' Ve F¹,,+ Gp¹ + Hp + I

wobei K den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A 3-, bezeichnet, während F, C und H Koeffizienten darstellen, die jeweils von den Werten des Verstärkungsfaktors K und der Bauteile Rt, R7, Ry, Q, C₂ und Cj abhängen. Das verbesserte Verfahren zum Kalibrieren der Parameter der Aktivfilter, das im vorhergehenden w beschrieben wurde, läßt sich nicht bei Tiefpaßfiltern der dritten Ordnung anwenden, deren Blockschaltbild in F i g. 1 dargestellt ist, weil jeder der Koeffizienten F, G und H der Übertragungsfunktion dieser Filter voi den Werten der drei Widerstände R\. R₂ und Rj r.bhängt. 4-, Dies ist um so bedauerlicher, als ein Aktivtiefpaßfilter dritter Ordnung dieser Art besonders gut für die Verwendung in der Hybridtechnik in dem Maße geeignet ist, als es damit möglich ist, allen resistiven und kapazitiven Bauteilen des Filters Werte vorzugeben, die -,n einander sehr ähnlich und bei einigen sogar einander gleich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aktivtiefpaßfilter dritter Ordnung zu schaffen, dessen verschiedene Parameter auf einfache Weise kalibriert -_r> werden können, sowie ein Verfahren zur Kalibrierung des Aktivpaßfilters.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Aktivtiefpaßfilter der einga igs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Widerstand zusätzlich parallel zum m. Kondensator der T-ZeIIe (RuQ, Afc) geschaltet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung des Aktivtiefpaßfilters ist dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Schritt ein Signal mit der Frequenz

an dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R₂ und R₁ anlegt und anschließend der Wert des Widerstandes Rj in der Weise kalibriert wird, daß das am Ausgang des Operationsverstärkers erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 45" aufweist und daß man in einem zweiten Schnitt ein Signal der Frequenz

CIl = —

RzR₃C₂C₃

am gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und R₂ anlegt, und anschließend der Wert des Widerstandes R₂ in der Weise kalibriert wird, daß das am Ausgang des Operationsverstärkers erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 90° aufweist, worauf in einem dritten Schnitt ein von den bereits angelegten Frequenzen in der Frequenz verschiedenes Signal an den gemeinsamen Punkt der Widerstünde R\ und R₂ angelegt wird, worauf der Verstärkungsfaktor in geschloss? .er Schleife K des Verstärkers A in der Weise angestellt wird, daß das an dessen Ausgang erscheinende Signal ein Amplitudenverhältnis bzw. eine Phasenverschiebung gegenüber dem angelegten Signal aufweist, die im wesentlichen gleich den Werten ist, die bei R₂, R2, C₂, Cj vorgesehen sind, und ferner in einem vierten Schnitt ein Signal vorgegebener Frequenz am gemeinsamen Punkt der Widerstände R₂ und R3 angelegt und der Widerstand R* derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und R₂ erscheinende Signal gegenüber dem angelegten Signal eine Phasenverschiebung oder Dämpfung aufweist, die den vorgesehenen Werten für R₂ und Q entspricht, und schließlich in einem fünften Schnitt eine vorgegebene Frequenz an den Eingang der T-Zelle (R;. Q, R₂) gelegt und der Wert des Widerstands R\ derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und R₂ auftretende Signal gegenüber dem angelegten Signal eine Phasenverschiebung oder Dämpfung aufweist, die gleich den vorgesehenen Werten an Ru Rt und C\ ist.

indem nacheinander die Widerstandswerte Rj, R₂,der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers und dann der Widerstand Ri und R] eingestellt werden, lassen sich die verschiedenen Parameter des Filters einzeln kalibrieren.

Die Anordnung eines Widerstands parallel zum Kondensator Cj jedoch unmittelbar am Eingang des Operationsverstärkers ist aus der GB-PS 12 73 828 bekannt, jedoch ist bei einer derartigen Anordnui.g das erfindungsgemäße Verfahren nicht anwendbar und damit dessen Vorteile nicht realisierbar.

Nachstehend wird die Erfindung nun an Hand eines Au.^<cührungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tiefpaßfilters unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und c 'läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Aktivtiefpaßfilters dritter Ordnung bekannter Bauart, und

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Aktivtiefpaßfilter hn Blockschaltbild.

Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivfilters gemäß Fig. 2 weist einen Operationsverstärker A und eine T-Zelle auf; diese T-Zelle besteht aus zwei Widerständen Ri und R₂, die in Reihe hintereinander und in Reihe mit einem dritten Widerstand Rj zwischen der Eingangsklemme a des Filters und einem der Eingänge edes Operationsverstärkers A geschaltet sind; weiterhin besteht die T-Zelle aus einem Kondensator Ci. der parallel zum Sammelpunkt der Widerstände

R\ und R₂ einerseits und Masse andererseits geschaltet ist, während ein Widerstand Ri erfindungsgemäß parallel zum Kondensator G liegt. Ein Gegenkopplungskondensator Ci ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers A, der selbst wiederum an die Ausgangsklemme b des Filters angeschlossen ist. einerseits und den Sammelpunkt c/der Widerstände R2 und Ri andererseits geschaltet. Schließlich liegt zwischen dem Eingang e des Verstärkers A und Masse ein Kondensator Cy, während der andere Eingang des Verstärkers e' mit dem Sammelpunkt eines regelbaren Trimmwiderstands r und eines festen Widerstands so verbunden isi, die in Reihe /wischen der Ausgangsklemmc bund Masse liegen.

Die verschiedenen Parameter des erfindungsgemäßen Aktivfilters gemäß F i g. 2 werden vorzugsweise unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kalibriert.

Das erfindunESgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Schritt ein Signal mit der Frequenz

K,

an dem gemeinsamen Punkt der Widerstände R₂ und Rt anlegt und anschließend der Wert des Widerstands /?, in der Weise kalibriert wird, daß das am Ausgang des Operationsverstärkers (A) erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 45" aufweist, und daß man in einem zweiten Schritt ein Signal der Frequenz

am gemeinsamen Punkt der Widerstände R\ und R₂ anlegt, und anschließend der Wert des Widerstands R_: in der Weise kalibriert wird, daß das am Ausgang des Operationsverstärkers (A) erscheinende Signal bezüglich des angelegten Signals eine Phasenverschiebung um 90" aufweist, worauf in einem dritten Schnitt ein von den bereits angelegten Frequenzen (oii. o>₂) in der Frequenz verschiedenes Signal an den gemeinsamen Punkt der Widerstände (R\ und R₂) angelegt wird worauf der Verstärkungsfaktor in geschlossener Schleife (K)des Verstärkers (A) m der Weise eingestellt wird daß das an dessen Ausgang erscheinende Sign ll e^;n Amplitudenverhältnis bzw. eine Phasenverschier urg gegenüber dem angelegten Signal aufweist, dii im wesentlichen gleich den Werten ist. die bei R₂. Rt. C₂. C vorgesehen sind, und ferner in einem vierten Schnitt ein Signal vorgegebener Frequenz am gemeinsamen Punkt der Widerstände R₂ und R₁ angelegt und der Widerstand Ri derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände R] und R₂ erscheinende Signal gegenüber dem angelegten Signal eine Phascnversehiebiine oder Dämpfung aufweist, die den vorgesehenen Werten für R₂ und G entspricht, und schließlich in einem fünften Schnitt eine vorgegebene Frequenz an den Eingang der T-ZeIIe (R\. G. R;) gelegt und der Wert des Widerstands Ri derart eingestellt wird, daß das am gemeinsamen Punkt der Widerstände R₁ und R₂ auftretende Signal gegenüber dem angelegten Signal eine Phasenverschiebung oder Dämpfung aufweist, die gleich den vorgesehenen Werten an R₁, R_t und G ist.

Das »rlindungsgemäße Aktivfilter läßt sich vorteilhafterweiüe zur Herstellung eines Modulations- und/ oder Deniodulationsfiltcrs für eine Vorrichtung zum Senden und Empfangen von kodierten Fernsprechsignalen verwenden, insbesondere für eine Vorrichtung der Art. wie sie in der französischen Stamm-Patentanmeldung Nr. 72 00 102 der Anmelderin mit der Bezeichnung »Vorrichtung zurr> Senden und Empfangen kodiert">·· i'jinsprechsignale.. (,inmclde.ag 4. Januar 1- /":; und in deren erster Zusatzanmeldung Nr. 7.: ■-'; /bj (angemeldet am 8. Dezember !97J) und deren , ■' iiter Ziisatzanmeldung Nr. 75 34 82·¹ (angemeldet am 14. November 1975) beschrieben ist.

Hierzu 1 Biai

Claims

Patentansprüche:

1. Aktivtiefpaßfilter dritter Ordnung, bestehend aus einer sogenannten SALLEN-KEY-Schaltung, gebildet aus einem Operationsverstärker, einem Kondensator zwischen dem Eingang des Operationsverstärkers und Masse, einem mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbundenen Eingangswiderstand und einem den Eingangswiderstand und den Operationsverstärker überbrückenden Rückkopplungskondensator und mit einer auf den Eingangswiderstand geschalteten T-Zelle gebildet aus zwei in Reihe liegenden Längswiderständen und einem zwischen dem Verbindungspunkt der Längswiderstände und Masse liegenden Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (Ra) zusätzlich parallel zum Kondensator (Q) der T-Zelle (R₁, Q, R₂) geschaltet ist.

2. Veriüiren zum Kalibrieren der Parameter des Aktivticfpaßfiltcrs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem ersten Schritt ein Signal mit der Frequenz

gegenüber dem angelegten Signal eine Phasenverschiebung oder Dämpfung aufweist, die gleich den vorgesehenen Werten an A₁, Λ4 und C, ist