RU135206U1

RU135206U1 - ACTIVE TOP FILTER RC FILTER

Info

Publication number: RU135206U1
Application number: RU2013133267/08U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Иншаков; Александр Викторович Белов
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-11-27

Abstract

Активный RC-фильтр верхних частот, содержащий первый и второй инвертирующие операционные усилители, дифференциальный операционный усилитель, резистивный делитель, два резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого конденсатора и первого резистора подключены к инвертирующему входу первого инвертирующего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого инвертирующего и дифференциального операционных усилителей соответственно, первые выводы второго резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго инвертирующего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго инвертирующих операционных усилителей, соответственно, неинвертирующие входы первого и второго инвертирующих операционных усилителей подключены к общей базе, при этом выход резистивного делителя подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, а первый вход резистивного делителя - к выходу первого инвертирующего операционного усилителя, отличающийся тем, что дополнительно введены третий конденсатор и третий резистор, а также потенциометр, включенный между выходами дифференциального и второго инвертирующего операционных усилителей, а отвод потенциометра и первый вывод третьего резистора подключены к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, второй вывод третьего резистора подключен к общей базе, первый вывод третьего конденсатора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а второй вывод - к входу фильтра, резистивный делитель выполнен в виде двух последовательно соединенных резист�An active high-pass RC filter containing the first and second inverting operational amplifiers, a differential operational amplifier, a resistive divider, two resistors and two capacitors, the first terminals of the first capacitor and the first resistor connected to the inverting input of the first inverting operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first inverting and differential operational amplifiers, respectively, the first outputs of the second resistor and the second capacitor are connected to the inverting at the input of the second inverting operational amplifier, and their second conclusions are to the outputs of the first and second inverting operational amplifiers, respectively, the non-inverting inputs of the first and second inverting operational amplifiers are connected to a common base, while the output of the resistive divider is connected to the non-inverting input of the differential operational amplifier, and the first input of the resistive divider - to the output of the first inverting operational amplifier, characterized in that the third capacitor is additionally introduced and a third resistor, as well as a potentiometer connected between the outputs of the differential and second inverting operational amplifiers, and the tap of the potentiometer and the first output of the third resistor are connected to the inverting input of the differential operational amplifier, the second output of the third resistor is connected to a common base, the first output of the third capacitor is connected to the inverting the input of the first operational amplifier, and the second output to the input of the filter, the resistive divider is made in the form of two series-connected resistors

Description

Полезная модель относится к радиотехнике, системам связи и может использоваться в микроэлектронных селективных узлах радиоэлектронных устройств, в звуковоспроизводящих системах, измерительной и биомедицинской аппаратурах для частотной фильтрации электрических сигналов, в корректирующих устройствах автоматизированных систем.The utility model relates to radio engineering, communication systems and can be used in microelectronic selective nodes of electronic devices, in sound reproducing systems, measuring and biomedical equipment for frequency filtering of electrical signals, in corrective devices of automated systems.

В литературе описаны различные фильтры верхних частот. Как правило, эти фильтры отличаются большой сложностью, т.к. содержат большое число усилителей и RC-элементов. Известна схема фильтра верхних частот [Справочник по расчету и проектированию ARC-схем. / Под ред. проф. А.А. Ланнэ. - М.: Радио и связь, 1984, с. 208, табл. 4.22], содержащая три операционных усилителя, семь резисторов и два конденсатора, причем первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы к входу фильтра, общей базе и к выходу первого операционного усилителя, соответственно, первые выводы четвертого резистора и первого конденсатора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы к выходам первого и второго операционных усилителей, соответственно, первые выводы пятого и шестого резисторов подключены к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы к выходам второго и третьего операционных усилителей соответственно, первые выводы второго конденсатора и седьмого резистора подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы к выходам первого и третьего операционных усилителей, соответственно.The literature describes various high-pass filters. As a rule, these filters are very complex because contain a large number of amplifiers and RC elements. Known high-pass filter circuit [Reference calculation and design of ARC-schemes. / Ed. prof. A.A. Lanne. - M .: Radio and communications, 1984, p. 208, tab. 4.22], containing three operational amplifiers, seven resistors and two capacitors, the first outputs of the first, second and third resistors connected to the inverting input of the first operational amplifier, and their second outputs to the input of the filter, the common base and the output of the first operational amplifier, respectively, the first conclusions of the fourth resistor and the first capacitor are connected to the inverting input of the second operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the first conclusions the fifth and sixth resistors are connected to the non-inverting input of the first operational amplifier, and their second outputs are connected to the outputs of the second and third operational amplifiers, respectively, the first outputs of the second capacitor and the seventh resistor are connected to the inverting input of the third operational amplifier, and their second conclusions are to the outputs of the first and third operational amplifiers, respectively.

Признаками этого устройства, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются операционные усилители, резисторы и конденсаторы. Недостатком данного технического решения является невозможность независимой перестройки частоты среза без изменения добротности и коэффициента передачи устройства.The signs of this device, which coincide with the features of the claimed technical solution, are operational amplifiers, resistors and capacitors. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of independent adjustment of the cutoff frequency without changing the quality factor and transmission coefficient of the device.

Известна схема фильтра верхних частот [Хьюлсман Л.П., Ален Φ.Е. Введение в теорию и расчет активных фильтров. Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1984. с. 238, рис. 5.7-1], содержащая три операционных усилителя, шесть резисторов и два конденсатора, причем первый резистор включен между входом фильтра и инвертирующим входом первого операционного усилителя, второй резистор и первый конденсатор включены между инвертирующим входом и выходом первого операционного усилителя, первые выводы третьего резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы к выходам первого и второго операционных усилителей, соответственно, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы к выходам второго и третьего операционных усилителей, соответственно, шестой резистор включен между инвертирующим входом первого и выходом третьего операционных усилителей соответственно, не инвертирующие входы первого, второго и третьего операционных усилителей подключены к общей базе, выход устройства подключен к выходу второго операционного усилителя.A known high-pass filter circuit [Huulsman LP, Allen Φ.E. Introduction to the theory and calculation of active filters. Per. from English - M .: Radio and communications, 1984. p. 238, fig. 5.7-1], comprising three operational amplifiers, six resistors and two capacitors, the first resistor being connected between the input of the filter and the inverting input of the first operational amplifier, the second resistor and the first capacitor being connected between the inverting input and the output of the first operational amplifier, the first conclusions of the third resistor and the second capacitor is connected to the inverting input of the second operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the four of the fifth and fifth resistors are connected to the inverting input of the third operational amplifier, and their second outputs are connected to the outputs of the second and third operational amplifiers, respectively, the sixth resistor is connected between the inverting input of the first and the output of the third operational amplifiers, respectively, the non-inverting inputs of the first, second, and third operational amplifiers connected to a common base, the output of the device is connected to the output of the second operational amplifier.

Перестройка частоты среза в описанном устройстве может осуществляться изменением сопротивлений первого и третьего резисторов для чего эти элементы должны быть выполнены в виде сдвоенных потенциометров, Признаками этого устройства, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются операционные усилители, резисторы и конденсаторы. Недостатком данного технического решения является невозможность перестройки частоты среза без изменения добротности и коэффициента передачи устройства.The tuning of the cutoff frequency in the described device can be carried out by changing the resistances of the first and third resistors, for which these elements must be made in the form of dual potentiometers. The signs of this device, which coincide with the features of the claimed technical solution, are operational amplifiers, resistors and capacitors. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of tuning the cutoff frequency without changing the quality factor and transmission coefficient of the device.

Наиболее близким по технической сущности прототипом активного фильтра верхних частот является фильтр, описанный в [Kenndall S. Analog filters, second edition. Kluwer academic publishers. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow. 2003. p. 239-242]. Он содержит дифференциальный операционный усилитель, первый и второй инвертирующие операционные усилители и последовательно соединенные, образующие замкнутое кольцо, первый резистор, первый конденсатор, второй резистор, второй конденсатор, первый резистивный делитель, включенный между выходами дифференциального операционного усилителя и второго инвертирующего операционного усилителя, и соединенный своим отводом с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя. Также этот фильтр содержит второй резистивный делитель, включенный между выходом первого инвертирующего операционного усилителя и входом фильтра, и соединенный своим отводом с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя. Инвертирующие входы первого и второго инвертирующих операционных усилителей подключены, соответственно, к точкам соединения первого резистора и первого конденсатора, второго резистора и второго конденсатора, а выходы первого и второго инвертирующих операционных усилителей подключены, соответственно, ко вторым выводам указанных конденсаторов. Выходом фильтра является выход дифференциального операционного усилителя.The closest in technical essence to the prototype of an active high-pass filter is the filter described in [Kenndall S. Analog filters, second edition. Kluwer academic publishers. New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow. 2003. p. 239-242]. It contains a differential operational amplifier, the first and second inverting operational amplifiers and connected in series, forming a closed ring, the first resistor, the first capacitor, the second resistor, the second capacitor, the first resistive divider connected between the outputs of the differential operational amplifier and the second inverting operational amplifier, and connected its tap with the inverting input of the differential operational amplifier. This filter also contains a second resistive divider connected between the output of the first inverting operational amplifier and the input of the filter, and connected by its tap to the non-inverting input of the differential operational amplifier. The inverting inputs of the first and second inverting operational amplifiers are connected, respectively, to the connection points of the first resistor and the first capacitor, the second resistor and the second capacitor, and the outputs of the first and second inverting operational amplifiers are connected, respectively, to the second terminals of these capacitors. The output of the filter is the output of a differential operational amplifier.

Фильтр работает следующим образом:The filter works as follows:

При подаче на вход фильтра напряжения постоянного тока (f=0) коэффициенты усиления первого и второго инвертирующих операционных усилителей становятся бесконечно большими. Для обеспечения работы усилителей в линейном режиме на их входах поддерживается напряжение близким к нулю, вследствие чего и выходное напряжение фильтра на низких частотах имеет минимальное значение. При подаче на вход фильтра напряжения с бесконечно большой частотой реактивное сопротивление первого и второго конденсаторов будет иметь бесконечно малое значение, т.е. первый и второй инвертирующие операционные усилители будут охвачены 100%-ной глубокой отрицательной обратной связью, а значит, практически не усиливают сигналы. Таким образом, напряжение на выходе фильтра будет максимальным.When a DC voltage is applied to the filter input (f = 0), the amplification factors of the first and second inverting operational amplifiers become infinitely large. To ensure the operation of the amplifiers in linear mode, their inputs maintain a voltage close to zero, as a result of which the output voltage of the filter at low frequencies has a minimum value. When a voltage filter with an infinitely high frequency is applied to the input of the filter, the reactance of the first and second capacitors will have an infinitely small value, i.e. the first and second inverting operational amplifiers will be covered by 100% deep negative feedback, which means that they practically do not amplify the signals. Thus, the voltage at the output of the filter will be maximum.

На частотах, отличных от рассмотренных, коэффициент передачи фильтра определяется отношением сопротивлений первого и второго резистивных делителей. При этом напряжение на выходе фильтра верхних частот с ростом частоты увеличивается. Перестройка частоты среза в описанной схеме осуществляется изменением сопротивлений первого и второго резисторов, для чего эти элементы должны быть выполнены в виде сдвоенных потенциометров. Добротность фильтра изменяется при изменении сопротивления регулируемого резистора первого резистивного делителя, однако при этом изменяется и частота среза.At frequencies other than those considered, the filter transmission coefficient is determined by the ratio of the resistances of the first and second resistive dividers. In this case, the voltage at the output of the high-pass filter increases with increasing frequency. The tuning of the cutoff frequency in the described circuit is carried out by changing the resistances of the first and second resistors, for which these elements must be made in the form of dual potentiometers. The quality factor of the filter changes when the resistance of the adjustable resistor of the first resistive divider changes, however, the cutoff frequency also changes.

Недостатком фильтра является невозможность независимой перестройки частоты среза, добротности и коэффициента передачи. Кроме того, фильтр должен иметь сложную схему для обеспечения стабильности добротности в процессе регулирования частоты среза и высокую стоимость. Высокая стоимость фильтра обусловлена необходимостью применения прецизионных конденсаторов и сдвоенных переменных резисторов.The disadvantage of the filter is the impossibility of independent adjustment of the cutoff frequency, quality factor and gear ratio. In addition, the filter must have a complex circuit to ensure the stability of the quality factor in the process of regulating the cutoff frequency and high cost. The high cost of the filter is due to the need for precision capacitors and dual variable resistors.

Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является обеспечение независимой перестройки частоты среза, добротности и коэффициента передачи, расширение диапазона рабочих частот и(или) повышение стабильности параметров устройства.The task to which the claimed utility model is directed is to provide independent tuning of the cutoff frequency, quality factor and transfer coefficient, expanding the operating frequency range and (or) increasing the stability of the device parameters.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели: независимая перестройка частоты среза, добротности и коэффициента передачи; расширение частотного диапазона перестройки резонансной частоты с помощью потенциометра в 9 раз.The technical result that can be obtained in the implementation of the utility model: independent adjustment of the cutoff frequency, quality factor and transfer coefficient; expanding the frequency range of tuning the resonant frequency using a potentiometer 9 times.

Для достижения технического результата, в активный RC-фильтр верхних частот, содержащий первый и второй инвертирующие операционные усилители, дифференциальный операционный усилитель, резистивный делитель, два резистора и два конденсатора, причем первые выводы первого конденсаторов и первого резистора подключены к инвертирующему входу первого инвертирующего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого инвертирующего и дифференциального операционных усилителей, соответственно, первые выводы второго резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго инвертирующего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго инвертирующих операционных усилителей, соответственно, неинвертирующие входы первого и второго инвертирующих операционных усилителей подключены к общей базе, при этом выход резистивного делителя подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, а первый вход к выходу первого инвертирующего операционного усилителя, дополнительно введены третий конденсатор и третий резистор, а также потенциометр, включенный между выходами дифференциального и второго инвертирующего операционных усилителей, а отвод потенциометра и первый вывод третьего резистора подключены к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, а второй вывод третьего резистора подключен к общей базе, первый вывод третьего конденсатора подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а второй вывод - к входу фильтра, первые выводы четвертого и пятого резисторов резистивного делителя подключены к выходу делителя, а вторые выводы - к первому и второму входам резистивного делителя, выход фильтра подключен к выходу первого инвертирующего операционного усилителя.To achieve a technical result, an active high-pass RC filter containing the first and second inverting operational amplifiers, a differential operational amplifier, a resistive divider, two resistors and two capacitors, the first terminals of the first capacitors and the first resistor are connected to the inverting input of the first inverting operational amplifier , and their second conclusions - to the outputs of the first inverting and differential operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the second resistor and sec of the second capacitor are connected to the inverting input of the second inverting operational amplifier, and their second conclusions are connected to the outputs of the first and second inverting operational amplifiers, respectively, the non-inverting inputs of the first and second inverting operational amplifiers are connected to a common base, while the output of the resistive divider is connected to the non-inverting input of the differential operational amplifier, and the first input to the output of the first inverting operational amplifier, additionally introduced a third capacitor and the third resistor, as well as a potentiometer connected between the outputs of the differential and second inverting operational amplifiers, and the tap of the potentiometer and the first output of the third resistor are connected to the inverting input of the differential operational amplifier, and the second output of the third resistor is connected to a common base, the first output of the third capacitor is connected to the inverting the input of the first operational amplifier, and the second output to the input of the filter, the first conclusions of the fourth and fifth resistors of the resistive divider is connected to the output of the divider, and the second terminals of - the first and second input resistive divider, the filter output is connected to the inverting output of the first operational amplifier.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами:The possibility of achieving a technical result is due to the following conclusions:

достигается расширение частотного диапазона перестройки резонансной частоты и стабильности добротности устройства за счет подключения новых элементов и введения новых связей между элементами, благодаря этому у предлагаемого устройства реализуется независимая перестройка резонансной частоты, добротности и коэффициента передачи, что особенно важно для перестраиваемых фильтров.the expansion of the frequency range for tuning the resonant frequency and the Q factor of the device is achieved by connecting new elements and introducing new connections between the elements, due to this, the proposed device implements an independent tuning of the resonant frequency, Q factor and transmission coefficient, which is especially important for tunable filters.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства. На фиг. 2 приведено семейство амплитудно-частотных характеристик перестраиваемого фильтра.In FIG. 1 presents a diagram of the inventive device. In FIG. Figure 2 shows a family of amplitude-frequency characteristics of a tunable filter.

Активный RC-фильтр содержит первый 1 и второй 2 инвертирующие операционные усилители (ОУ), дифференциальный операционный усилитель (ДОУ) 3, первый 4 резистор, первый 5 конденсатор, второй 6 резистор, второй 7 конденсатор, потенциометр 8, третий 9 конденсатор, третий 10 резистор, резистивный делитель (РД) 11, четвертый 12 резистор, пятый 13 резистор, при этом первые выводы первого 4 резистора, первого 5 и третьего 9 конденсаторов подключены к инвертирующему входу ОУ 1, а их вторые выводы - к выходам, соответственно, ДОУ 3, ОУ 1 и входу фильтра 14, первые выводы второго 6 резистора и второго 7 конденсатора подключены к инвертирующему входу ОУ 2, а их вторые выводы - к выходам, соответственно, ОУ 1 и ОУ 2, не инвертирующие входы ОУ 1 и ОУ 2 подключены к общей базе, потенциометр 8 включен к выходам ОУ 2 и ДОУ 3, а отвод потенциометра 8 и первый вывод третьего 10 резистора подключены к инвертирующему входу ДОУ 3, второй вывод третьего 10 резистора подключен к общей базе, первый Bx1 и второй Вх2 входы РД 11 подключены, соответственно, к выходу ОУ1 и общей базе, выход резистивного делителя РД 11 - к неинвертирующему входу ДОУ 3, первые выводы четвертого 12 и пятого 13 резисторов подключены к выходу РД 11, а их вторые выводы - соответственно, к первому и второму входам РД 11, выходом устройства 15 является выход первого ОУ 1.An active RC filter contains the first 1 and second 2 inverting operational amplifiers (OA), a differential operational amplifier (DO) 3, the first 4 resistor, the first 5 capacitor, the second 6 resistor, the second 7 capacitor, potentiometer 8, the third 9 capacitor, the third 10 resistor, resistive divider (RD) 11, fourth 12 resistor, fifth 13 resistor, while the first conclusions of the first 4 resistors, the first 5 and third 9 capacitors are connected to the inverting input of OS 1, and their second conclusions to the outputs, respectively, DOW 3 , OS 1 and the input of the filter 14, the first conclusions in The next 6 resistors and the second 7 capacitor are connected to the inverting input of the op amp 2, and their second outputs are connected to the outputs, respectively, the op amp 1 and op amp 2, the non-inverting inputs of the op amp 1 and op amp 2 are connected to a common base, the potentiometer 8 is connected to the outputs of the op amp 2 and DOU 3, and the tap of potentiometer 8 and the first output of the third 10 resistor are connected to the inverting input of DOU 3, the second output of the third 10 resistor is connected to a common base, the first Bx1 and second Bx2 inputs of RD 11 are connected, respectively, to the output of OS1 and a common base, the output of the resistive divider RD 11 - to the non-inverting input DOW 3, the first conclusions of the fourth 12 and fifth 13 resistors are connected to the output of the taxiway 11, and their second conclusions are, respectively, to the first and second inputs of the taxiway 11, the output of the device 15 is the output of the first op-amp 1.

Активный RC-фильтр работает следующим образом. При подаче на вход фильтра напряжения постоянного тока (f=0) емкостные сопротивления первого 5, второго 7 и третьего 9 конденсаторов бесконечно большие. При этом первый 1 и второй 2 ОУ имеют бесконечно большие коэффициенты усиления. Для обеспечения работы всех операционных усилителей фильтра в линейном режиме на входах первого 1 и второго 2 ОУ необходимо поддерживать напряжение близким к "нулю". Поэтому для компенсации входного напряжения первого 1 и второго 2 ОУ необходимо со второго резистора 6 снимать напряжение близким к "нулю", но противоположной полярности. Этот баланс непрерывно отрабатывает петля компенсации, включающая ДОУ 3, первый ОУ 1, второй ОУ 2, первый 4 и второй 6 резисторы. При этом выходное напряжение фильтра на клемме 15 при напряжении постоянного тока на входе 14 будет определяться соотношением сопротивлений резисторов 12 и 13.Active RC filter works as follows. When a DC voltage is applied to the filter input (f = 0), the capacitances of the first 5, second 7, and third 9 capacitors are infinitely large. In this case, the first 1 and second 2 op-amps have infinitely large gains. To ensure the operation of all operational filter amplifiers in linear mode at the inputs of the first 1 and second 2 op-amps, it is necessary to maintain the voltage close to "zero". Therefore, to compensate for the input voltage of the first 1 and second 2 op-amps, it is necessary to remove the voltage from the second resistor 6 close to "zero", but of the opposite polarity. This balance continuously fulfills the compensation loop, which includes the DOW 3, the first op-amp 1, the second op-amp 2, the first 4 and the second 6 resistors. In this case, the output voltage of the filter at terminal 15 at a DC voltage at input 14 will be determined by the ratio of the resistances of the resistors 12 and 13.

При увеличении частоты входного сигнала фильтра реактивные сопротивления первого 5, второго 7 и третьего 9 конденсаторов уменьшаются и они будут приближаться по модулю к значениям сопротивлений первого 4 и второго 6 резисторов. До резонансной частоты фильтра входные напряжения на всех усилителях будут близкими по величине к "нулю", следовательно, выходное напряжение фильтра будет минимальным.With increasing frequency of the filter input signal, the reactance of the first 5, second 7 and third 9 capacitors decreases and they will approach in absolute value to the values of the resistances of the first 4 and second 6 resistors. To the resonant frequency of the filter, the input voltages at all amplifiers will be close to zero in magnitude, therefore, the output voltage of the filter will be minimal.

При дальнейшем увеличении частоты входного сигнала больше резонансной частоты реактивное сопротивление первого 5, второго 7 и третьего 9 конденсаторов будет уменьшаться, при этом выходное напряжение первого 1 и второго 2 ОУ будут увеличиваться до напряжения инвертирующего входа первого ОУ 1, которое при глубокой величине обратной связи практически будет равно напряжению не инвертирующего входа первого ОУ 1, имеющего нулевой потенциал. Следовательно, напряжение на выходе фильтра с ростом частоты входного сигнала стремится к максимальному значению и при бесконечной частоте входного сигнала будет увеличиваться до максимальной величины.With a further increase in the frequency of the input signal above the resonant frequency, the reactance of the first 5, second 7, and third 9 capacitors will decrease, while the output voltage of the first 1 and second 2 op-amps will increase to the voltage of the inverting input of the first op-amp 1, which, with a deep feedback value, will be equal to the voltage of the non-inverting input of the first op-amp 1 having zero potential. Consequently, the voltage at the filter output with increasing frequency of the input signal tends to the maximum value and at an infinite frequency of the input signal will increase to the maximum value.

Изменение добротности в схеме фильтра осуществляется с помощью резистивного делителя напряжения РД 11, коэффициент деления которого определяет глубину общей обратной связи фильтра. РД 11 может быть выполнен в виде последовательно соединенных 12, 13 резисторов, у которых первые выводы подключены к выходу РД 11, а их вторые выводы - соответственно, к первому и второму входам РД 11. При уменьшении величины сопротивления переменного резистора 13 будет уменьшаться величина общей обратной связи, т.е. при этом будет увеличиваться коэффициент передачи по петле обратной связи и, как следствие, будет увеличиваться добротность фильтра.The change of quality factor in the filter circuit is carried out using a resistive voltage divider RD 11, the division coefficient of which determines the depth of the overall feedback of the filter. RD 11 can be made in the form of series-connected 12, 13 resistors, in which the first conclusions are connected to the output of RD 11, and their second conclusions, respectively, to the first and second inputs of RD 11. When the resistance value of the variable resistor 13 decreases, the total value decreases feedback i.e. in this case, the transmission coefficient of the feedback loop will increase and, as a result, the quality factor of the filter will increase.

Изменение резонансной частоты фильтра, т.е. регулирование частоты среза АЧХ, можно производить с помощью потенциометра 8. При изменении положения движка потенциометра 8 в сторону инвертирующего входа ДОУ 3 будет увеличиваться общий коэффициент передачи по петле обратной связи, состоящей из первого 4, второго 6 резисторов, первого 5, второго 7 конденсаторов и потенциометра 8. При этом за счет воздействия двух последовательно включенных интеграторов, реализованных на первом 1 и втором 2 ОУ, частота баланса фаз и амплитуд на выходе первого ОУ 1 повышается пропорционально изменению положения движка потенциометра 8, что и приводит к увеличению резонансной частоты фильтра. При перемещении движка потенциометра 8 вправо по схеме фильтра (к выходу ДОУ 3) уменьшается усиление ДОУ 3, что приводит к снижению частоты среза, т.е. единичное усиление по петле обратной связи будет достигаться на частотах меньших, чем при нахождении движка в левом положении относительно среднего положения движка потенциометра 8. При оптимальном выборе соотношения между величиной потенциометра 8 и третьего 10 резистора, шунтирующего вход ДОУ 3 достаточно малым сопротивлением, обеспечивается широкий предел регулировки частоты среза фильтра при незначительном изменении величины добротности.Change in the resonant frequency of the filter, i.e. the frequency response of the cut-off frequency response can be performed using potentiometer 8. When changing the position of the slider of potentiometer 8 towards the inverting input of DOU 3, the overall transmission coefficient of the feedback loop consisting of the first 4, second 6 resistors, first 5, second 7 capacitors and potentiometer 8. In this case, due to the action of two successively connected integrators implemented on the first 1 and second 2 op-amps, the frequency of the phase and amplitude balance at the output of the first op-amp 1 increases in proportion to the change in Potentiometer engine 8, which leads to an increase in the resonant frequency of the filter. When moving the potentiometer engine 8 to the right according to the filter scheme (to the output of the DOW 3), the gain of the DOW 3 decreases, which leads to a decrease in the cutoff frequency, i.e. a single gain in the feedback loop will be achieved at frequencies lower than when the slider is in the left position relative to the middle position of the slider of potentiometer 8. With the optimal choice of the ratio between the value of potentiometer 8 and third 10 of the resistor shunting the input of DOU 3 with a sufficiently small resistance, a wide limit is provided adjust the filter cutoff frequency with a slight change in the quality factor.

Независимое регулирование коэффициента передачи в описываемом фильтре осуществляется посредством изменения соотношения емкостей третьего 9 и первого 5 конденсаторов, за счет изменения емкости третьего 9 конденсатора, а не сопротивлений первого 4 и второго 6 резисторов в частотно-зависимой цепи. Предлагаемая схема фильтра верхних частот дает возможность при достаточно простом элементном исполнении независимо регулировать как резонансную частоту (частоту среза) фильтра, его добротность в широких пределах, так и коэффициент передачи фильтра на верхних частотах, что позволяет обеспечить высокую технологичность и удобство настройки в процессе изготовления фильтра верхних частот и его эксплуатации.Independent adjustment of the transmission coefficient in the described filter is carried out by changing the ratio of the capacitances of the third 9 and the first 5 capacitors, by changing the capacitance of the third 9 capacitors, and not the resistances of the first 4 and second 6 resistors in the frequency-dependent circuit. The proposed high-pass filter scheme makes it possible, with a fairly simple elemental design, to independently independently control both the resonant frequency (cut-off frequency) of the filter, its Q factor over a wide range, and the transmission coefficient of the filter at high frequencies, which ensures high adaptability and ease of adjustment during the manufacturing process of the filter treble and its operation.

Замена сдвоенных прецизионных переменных резисторов при описанном изменении схемы фильтра на одиночный непроволочный потенциометр позволяет значительно упростить и удешевить изготовление фильтра. Экономия на одно изделие состоит в разнице стоимости одиночного непроволочного потенциометра и сдвоенного прецизионного проволочного потенциометра.Replacing dual precision variable resistors with the described change in the filter circuit to a single non-wire potentiometer can significantly simplify and reduce the cost of manufacturing a filter. The savings on one product is the difference in the cost of a single non-wire potentiometer and a double precision wire potentiometer.

Claims

An active high-pass RC filter containing the first and second inverting operational amplifiers, a differential operational amplifier, a resistive divider, two resistors and two capacitors, the first terminals of the first capacitor and the first resistor connected to the inverting input of the first inverting operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first inverting and differential operational amplifiers, respectively, the first outputs of the second resistor and the second capacitor are connected to the inverting at the input of the second inverting operational amplifier, and their second conclusions are to the outputs of the first and second inverting operational amplifiers, respectively, the non-inverting inputs of the first and second inverting operational amplifiers are connected to a common base, while the output of the resistive divider is connected to the non-inverting input of the differential operational amplifier, and the first input of the resistive divider - to the output of the first inverting operational amplifier, characterized in that the third capacitor is additionally introduced and a third resistor, as well as a potentiometer connected between the outputs of the differential and second inverting operational amplifiers, and the tap of the potentiometer and the first output of the third resistor are connected to the inverting input of the differential operational amplifier, the second output of the third resistor is connected to a common base, the first output of the third capacitor is connected to the inverting the input of the first operational amplifier, and the second output to the input of the filter, the resistive divider is made in the form of two series-connected resistors ditch, one of which is adjustable, the first outputs of the resistors are connected to the output of the resistive divider, and the second outputs to the first and second inputs of the resistive divider, respectively, while the second output of the resistive divider is connected to a common base, the output of the filter is connected to the output of the first inverting operational amplifier .