RU156095U1

RU156095U1 - BAND ROTARY FILTER

Info

Publication number: RU156095U1
Application number: RU2015111311/08U
Authority: RU
Inventors: Игорь Михайлович Ясинский; Андрей Николаевич Яковлев; Александр Иванович Тюменцев; Дмитрий Селиверстович Рябоконь; Лилия Владиславовна Насонова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП")
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-10-27

Abstract

Полосовой перестраиваемый фильтр, содержащий первую катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с входной потенциальной клеммой устройства, второй вывод первой катушки индуктивности соединен со второй катушкой индуктивности, первым емкостным элементом и третьей катушкой индуктивности, второй вывод которой соединен со вторым емкостным элементом, а также с четвертой и пятой катушками индуктивности, при этом вторые выводы второй и четвертой катушек индуктивности подключены к общей шине, а второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, отличающийся тем, что первый и второй емкостные элементы выполнены по идентичным схемам, каждая из которых содержит первый конденсатор, первый вывод которого является входом емкостного элемента, и соединены с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, второй вывод первого конденсатора соединен с выходом второго операционного усилителя и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и является выходом емкостного элемента, вход первого емкостного элемента соединен с первым выводом третьей катушки индуктивности, вход второго емкостного элемента соединен со вторым выводом третьей катушки индуктивности, выводы первого и второго емкостных элементов объединены и подключены ко вх�A tunable bandpass filter containing a first inductor, the first output of which is connected to the input potential terminal of the device, the second output of the first inductor is connected to the second inductor, the first capacitive element and the third inductor, the second output of which is connected to the second capacitive element, as well as fourth and fifth inductors, while the second terminals of the second and fourth inductors are connected to a common bus, and the second terminal of the fifth coil is inductively It is connected to the output potential terminal of the device, characterized in that the first and second capacitive elements are made in identical circuits, each of which contains a first capacitor, the first output of which is the input of the capacitive element, and connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the second output of the first capacitor connected to the output of the second operational amplifier and the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the inverting inputs of the first and second operational amplifiers oil and with the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the first operational amplifier and the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of the capacitive element, the input of the first capacitive element is connected to the first output of the third inductor , the input of the second capacitive element is connected to the second terminal of the third inductor, the conclusions of the first and second capacitive elements are combined and connected to

Description

Предлагаемая полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована для частотной селекции сигналов в приемно-передающих профессиональных устройствах связи.The proposed utility model relates to radio electronics and can be used for frequency selection of signals in transmit-receive professional communication devices.

Для частотного разделения сигналов в радиоаппаратуре используются различные типы полосовых LC-фильтров, в которых для перестройки их средней частоты используются дискретно перестраиваемые емкостные элементы, например, дискретные конденсаторы переменной емкости (ДКПЕ).For the frequency separation of signals in radio equipment, various types of band-pass LC filters are used, in which discrete tunable capacitive elements, for example, discrete capacitors of variable capacitance (DCPE), are used to tune their average frequency.

При этом исходная схема полосового LC-фильтра должна содержать наименьшее число конденсаторов, и незначительно изменять уровень затухания на средней частоте и в средней части полосы пропускания при смене рабочей частоты в диапазоне перестройки.In this case, the initial LC-bandpass filter circuit should contain the smallest number of capacitors, and slightly change the attenuation level at the middle frequency and in the middle part of the passband when changing the operating frequency in the tuning range.

В качестве такой схемы может быть использована схема полосового фильтра, содержащего первую катушку индуктивности, подключенную к входной потенциальной клемме, второй вывод которой соединен со второй катушкой индуктивности, первым емкостным элементом и с третьей катушкой индуктивности, второй вывод которой подключен ко второму емкостному элементу, четвертой и пятой катушкам индуктивности. Второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой фильтра, а вторые выводы второй и четвертой катушек индуктивности, а также первого и второго емкостных элементов соединены с общей шиной [1].As such a circuit, a bandpass filter circuit can be used that contains a first inductor connected to an input potential terminal, the second output of which is connected to a second inductor, a first capacitive element and a third inductor, the second output of which is connected to a second capacitive element, the fourth and fifth inductors. The second terminal of the fifth inductor is connected to the output potential terminal of the filter, and the second terminals of the second and fourth inductors, as well as the first and second capacitive elements are connected to a common bus [1].

Эта схема получена путем каскадного соединения четырех трехэлементных полузвеньев, приведенных в работе [1].This scheme was obtained by cascading four four-element half-links given in [1].

Полученная схема представляет собой полосовой фильтр второго класса по затуханию, содержит минимально возможное число конденсаторов, имеющих соединение с общей шиной и выбрана нами в качестве прототипаThe resulting circuit is a band-pass filter of the second class for attenuation, contains the minimum possible number of capacitors having a connection to a common bus and we have chosen as a prototype

Недостатком схемы-прототипа является то, что она реализует полосовой фильтр на одну фиксированную среднюю частоту.The disadvantage of the prototype circuit is that it implements a band-pass filter at one fixed mid-frequency.

Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей этого фильтра, а именно обеспечение перестройки средней частоты во время эксплуатации.The objective of the utility model is to expand the functionality of this filter, namely, to ensure the tuning of the middle frequency during operation.

Поставленная задача решается тем, что в фильтре, содержащем первую катушку индуктивности, первый вывод которой соединен с входной потенциальной клеммой устройства, второй вывод первой катушки индуктивности соединен со второй катушкой индуктивности, первым емкостным элементом и третьей катушкой индуктивности, второй вывод которой соединен со вторым емкостным элементом, а также с четвертой и пятой катушками индуктивности, при этом вторые выводы второй и четвертой катушек индуктивности подключены к общей шине, а второй вывод пятой катушки индуктивности соединен с выходной потенциальной клеммой устройства, согласно предложенного решения первый и второй емкостные элементы выполнены по идентичным схемам, каждая из которых содержит первый конденсатор, первый вывод которого является входом емкостного элемента и соединены с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, второй вывод первого конденсатора соединен с выходом второго операционного усилителя и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и является выходом емкостного элемента, вход первого емкостного элемента соединен с первым выводом третьей катушки индуктивности, вход второго емкостного элемента соединен со вторым выводом третьей катушки индуктивности, выводы первого и второго емкостных элементов объединены и подключены ко входу электронного цифроуправляемого потенциометра, второй вывод которого соединен с общей шиной.The problem is solved in that in the filter containing the first inductor, the first output of which is connected to the input potential terminal of the device, the second output of the first inductor is connected to the second inductor, the first capacitive element and the third inductor, the second output of which is connected to the second capacitive element, as well as with the fourth and fifth inductors, while the second terminals of the second and fourth inductors are connected to a common bus, and the second terminal of the fifth coil and inductance is connected to the potential output terminal of the device, according to the proposed solution, the first and second capacitive elements are made in identical circuits, each of which contains a first capacitor, the first output of which is the input of the capacitive element and connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the second output of the first capacitor is connected with the output of the second operational amplifier and the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the inverting inputs of the first and second of operational amplifiers and with the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the first operational amplifier and the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of the capacitive element, the input of the first capacitive element is connected to the first output of the third inductors, the input of the second capacitive element is connected to the second terminal of the third inductor, the conclusions of the first and second capacitive elements are combined They are connected and connected to the input of an electronic digitally controlled potentiometer, the second output of which is connected to a common bus.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что первый и второй емкостные элементы выполнены по идентичным схемам, каждая из которых содержит первый конденсатор, первый вывод которого является входом емкостного элемента и соединены с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, второй вывод первого конденсатора соединен с выходом второго операционного усилителя и первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей и с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и является выходом емкостного элемента, вход первого емкостного элемента соединен с первым выводом третьей катушки индуктивности, вход второго емкостного элемента соединен со вторым выводом третьей катушки индуктивности, выводы первого и второго емкостных элементов объединены и подключены ко входу электронного цифроуправляемого потенциометра, второй вывод которого соединен с общей шиной.Comparative analysis shows that the claimed technical solution differs from the prototype in that the first and second capacitive elements are made according to identical schemes, each of which contains a first capacitor, the first output of which is the input of the capacitive element and connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the second output of the first the capacitor is connected to the output of the second operational amplifier and the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the inverting inputs of the first and second horn of operational amplifiers and with the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the first operational amplifier and the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of the capacitive element, the input of the first capacitive element is connected to the first output of the third inductors, the input of the second capacitive element is connected to the second terminal of the third inductor, the conclusions of the first and second capacitive elements are ineny and connected to the input of an electronic potentiometer tsifroupravlyaemogo, the second terminal of which is connected to the common bus.

При сравнении заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими известными в науке и технике техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками.When comparing the inventive device not only with the prototype, but also with other technical solutions known in science and technology, solutions with similar features were not found.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемой полезной модели.In FIG. 1 shows the electrical circuit of the proposed utility model.

Первая катушка индуктивности 1 подключена к входной потенциальной клемме фильтра, ко второму выводу первой катушки индуктивности подключена вторая катушка индуктивности 2, первый емкостной элемент 3 и третья катушка индуктивности 4, ко второму выводу которой подключены второй емкостной элемент 5, четвертая 6 и пятая 7 катушки индуктивности. Вторые выводы второй и четвертой катушек индуктивности соединены с общей шиной, второй вывод пятой катушки индуктивности 7 подключен к выходной потенциальной клемме фильтра, первый и второй емкостные элементы выполнены по идентичным схемам, каждая из которых содержит первый конденсатор 8, первый вывод которого является входом емкостного элемента и подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя 9, второй вывод первого конденсатора соединен с выходом второго операционного усилителя 10 и первым резистором 11, второй вывод которого соединен с инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей и первым выводом второго резистора 12, второй вывод которого подключен к выходу первого операционного усилителя и к первому выводу третьего резистора 13.The first inductor 1 is connected to the input potential terminal of the filter, the second inductor 2, the first capacitive element 3 and the third inductor 4 are connected to the second output of the first inductor 2, the second capacitive element 5, the fourth 6 and fifth 7 of the inductor are connected to the second output . The second terminals of the second and fourth inductors are connected to a common bus, the second terminal of the fifth inductor 7 is connected to the output potential terminal of the filter, the first and second capacitive elements are made in identical circuits, each of which contains the first capacitor 8, the first output of which is the input of the capacitive element and connected to the non-inverting input of the first operational amplifier 9, the second output of the first capacitor is connected to the output of the second operational amplifier 10 and the first resistor 11, the second pin One of which is connected to the inverting inputs of the first and second operational amplifiers and the first output of the second resistor 12, the second output of which is connected to the output of the first operational amplifier and to the first output of the third resistor 13.

Второй вывод третьего резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и является выходом емкостного элемента. Вход первого емкостного элемента подключен к первому выводу третьей катушки индуктивности, вход второго емкостного элемента 5 подключен ко второму выводу третьей катушки индуктивности 4, выводы первого и второго емкостных элементов объединены и подключены к первому выводу цифроуправляемого электронного потенциометра, второй вывод которого соединен с общей шиной.The second output of the third resistor is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of the capacitive element. The input of the first capacitive element is connected to the first output of the third inductor, the input of the second capacitive element 5 is connected to the second output of the third inductor 4, the conclusions of the first and second capacitive elements are combined and connected to the first output of the digital-controlled electronic potentiometer, the second output of which is connected to a common bus.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Первый 3 и второй 5 емкостные элементы выполнены по схемам конверторов обобщенных сопротивлений [2] с применением двух операционных усилителей.The first 3 and second 5 capacitive elements are made according to the schemes of converters of generalized resistances [2] using two operational amplifiers.

Входное сопротивление первого емкостного элемента W₁, нагруженного на сопротивление R, определяется согласно [2] выражением:The input resistance of the first capacitive element W ₁ loaded on the resistance R is determined according to [2] by the expression:

где

Where

С₈ - емкость конденсатора 8,C ₈ is the capacitance of the capacitor 8,

R - сопротивление электронного потенциометра,R is the resistance of the electronic potentiometer,

R₁₁, R₁₂, R₁₃ - сопротивления второго, третьего и четвертого резисторов соответственно.R ₁₁ , R ₁₂ , R ₁₃ - resistance of the second, third and fourth resistors, respectively.

Входное сопротивление фрагмента 3 схемы фиг. 1 является емкостным, модуль которого пропорционален сопротивлению нагрузки R потенциометра. Аналогичным образом работает второй емкостной элемент. Эквивалентная электрическая схема всего устройства, приведенного на фиг. 1 может быть представлена схемой, приведенной на фиг. 2.The input impedance of fragment 3 of the circuit of FIG. 1 is capacitive, the module of which is proportional to the load resistance R of the potentiometer. The second capacitive element operates similarly. The equivalent circuitry of the entire device shown in FIG. 1 may be represented by the circuit shown in FIG. 2.

Эта схема представляет собой полосовой фильтр второго класса по затуханию, содержит минимальное число емкостей, при изменении величин которых средняя частота фильтра изменяется, а относительная ширина полосы пропускания остается постоянной [3].This scheme is a band-pass filter of the second class by attenuation, contains the minimum number of capacities, when changing the values of which the average filter frequency changes, and the relative bandwidth remains constant [3].

Известно [3], что схемы четного класса по затуханию обеспечивают больший диапазон перестройки средней частоты при минимальных искажениях амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания. Поэтому данная схема перестраиваемого фильтра является удобной для реализации полосовой перестраиваемой цепи.It is known [3] that even-damping class damping schemes provide a larger tuning range of the average frequency with minimal distortion of the amplitude-frequency characteristic in the passband. Therefore, this tunable filter circuit is convenient for implementing a tunable bandpass circuit.

Кроме того, использование конверторной реализации переменной емкости позволяет расширить диапазон перестройки фильтра, по сравнению с реализациями, использующими ДКПЕ, поскольку добротность ДКПЕ значительно уменьшается при настройке фильтра на нижнем краю диапазона рабочих частот.In addition, the use of a variable-converter converter implementation allows us to expand the filter tuning range in comparison with implementations using DKPE, since the quality factor of DKPE is significantly reduced when the filter is adjusted at the lower edge of the operating frequency range.

В предлагаемой модели перестраиваемого двухзвенного фильтра оба звена выбираем одинаковыми. При этом L₁=L₇, L₂=L₆, емкостные элементы 3 и 5 выполнены по идентичным схемам. В этом случае выходы первого и второго емкостных элементов могут быть объединены и подключены к одному потенциометру 14.In the proposed model of a tunable two-link filter, we select both links the same. Moreover, L ₁ = L ₇ , L ₂ = L ₆ , capacitive elements 3 and 5 are made according to identical schemes. In this case, the outputs of the first and second capacitive elements can be combined and connected to one potentiometer 14.

Можно показать, что взаимное влияние первого и второго конверторов друг на друга приведет к необходимости уменьшить сопротивление потенциометра в два раза по сравнению с расчетным, полученным для случая, когда каждый из конверторов работает на отдельное нагрузочное сопротивление.It can be shown that the mutual influence of the first and second converters on each other will lead to the need to reduce the resistance of the potentiometer by half compared with the calculated one obtained for the case when each of the converters operates on a separate load resistance.

В этом случае схема фильтра упрощается и одновременно обеспечивается синхронная перестройка обоих звеньев при эксплуатации.In this case, the filter circuit is simplified and at the same time, synchronous reconstruction of both links during operation is provided.

Источники информации.Information sources.

1. Босый Н.Д. Электрические фильтры. Гостехиздат УССР, Киев, 1960 (стр. 168, рис. 3.28).1. Barefoot N.D. Electric filters. Gostekhizdat of the Ukrainian SSR, Kiev, 1960 (p. 168, Fig. 3.28).

2. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем. Под редакцией А.А. Ланне, «Радио и связь», М. 1984.2. Reference on the calculation and design of ARC-schemes. Edited by A.A. Lanne, "Radio and Communications," M. 1984.

3. Ясинский И.М. Перестраиваемые полосовые фильтры. Техника радиосвязи, вып. 2(22), 2014.3. Yasinsky IM Tunable bandpass filters. Radio Engineering, vol. 2 (22), 2014.

Claims

A tunable bandpass filter containing a first inductor, the first output of which is connected to the input potential terminal of the device, the second output of the first inductor is connected to the second inductor, the first capacitive element and the third inductor, the second output of which is connected to the second capacitive element, as well as fourth and fifth inductors, while the second terminals of the second and fourth inductors are connected to a common bus, and the second terminal of the fifth coil is inductively It is connected to the output potential terminal of the device, characterized in that the first and second capacitive elements are made in identical circuits, each of which contains a first capacitor, the first output of which is the input of the capacitive element, and connected to a non-inverting input of the first operational amplifier, the second output of the first capacitor connected to the output of the second operational amplifier and the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the inverting inputs of the first and second operational amplifiers oil and with the first output of the second resistor, the second output of which is connected to the output of the first operational amplifier and the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier and is the output of the capacitive element, the input of the first capacitive element is connected to the first output of the third inductor , the input of the second capacitive element is connected to the second terminal of the third inductor, the conclusions of the first and second capacitive elements are combined and connected to dy tsifroupravlyaemogo electronic potentiometer, the second terminal of which is connected to the common bus.