RU188003U1 - TUNABLE ACTIVE RC FILTER - Google Patents
TUNABLE ACTIVE RC FILTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU188003U1 RU188003U1 RU2018146226U RU2018146226U RU188003U1 RU 188003 U1 RU188003 U1 RU 188003U1 RU 2018146226 U RU2018146226 U RU 2018146226U RU 2018146226 U RU2018146226 U RU 2018146226U RU 188003 U1 RU188003 U1 RU 188003U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- output
- resistors
- conclusions
- inverting input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
- H03H7/01—Frequency selective two-port networks
- H03H7/09—Filters comprising mutual inductance
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Перестраиваемый активный RC-фильтр относится к радиотехнике и может использоваться в селективных узлах различных радиоэлектронных системах и устройствах, системах автоматического управления, акустической и гидроакустической аппаратуре, включая приборы для анализа шумов и вибраций. Он может применяться для подавления определенных спектральных составляющих сигнала и сетевых помех исследуемых сигналов в информационно-измерительных системах, в биомедицинской аппаратуре для диагностики и физиологических исследований, отличающийся тем, что дополнительно введены восемь резисторов, второй диффренциальный, третий и четвертый операционные усилители, первые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и третьего операционных усилителей соответственно, первые выводы девятого и десятого резисторов подключены к инвертирующему входу второго диффренциального усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего операционного и второго диффренциального усилителей соответственно, первые выводы одиннадцатого и двенадцатого резисторов подключены к инвертирующему входу четвертого диффренциального усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго диффренциального и четвертого операционного усилителей соответственно, первые выводы тринадцатого и четырнадцатого резисторов подключены к неинвертирующему входу второго диффренциального усилителя, а их вторые выводы - ко входу фильтра и к общей базе соответственно, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей подключены к общей базе, второй выход фильтра подключен к выходу четвертого операционного усилителя.Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей перестраиваемого активного RC-фильтра, расширение диапазона рабочих частот и повышение стабильности параметров устройства, позволяющих получить технический результат, заключающийся в построении полосового активного RC-фильтра с независимой перестройкой его резонансной частоты и добротности, а также дополнительной реализации фильтра режекторного типа с независимой перестройкой в широких пределах частоты режекции, полюсной добротности и коэффициента передачи, что необходимо для перестраиваемых фильтров.The tunable active RC filter relates to radio engineering and can be used in selective nodes of various electronic systems and devices, automatic control systems, acoustic and hydroacoustic equipment, including devices for the analysis of noise and vibration. It can be used to suppress certain spectral components of the signal and network interference of the studied signals in information-measuring systems, in biomedical equipment for diagnostics and physiological studies, characterized in that eight resistors, a second differential, a third and a fourth operational amplifiers, the first conclusions of the seventh are introduced and the eighth resistors are connected to the inverting input of the third operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first and third operational amplifiers, respectively, the first leads of the ninth and tenth resistors are connected to the inverting input of the second differential amplifier, and their second leads are connected to the outputs of the third operational and second differential amplifiers, respectively, the first leads of the eleventh and twelfth resistors are connected to the inverting input of the fourth differential amplifier, and their second conclusions - to the outputs of the second differential and fourth operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the thirteenth and fourteen of the resistors are connected to the non-inverting input of the second differential amplifier, and their second outputs are connected to the input of the filter and to the common base, respectively, the non-inverting inputs of the third and fourth operational amplifiers are connected to the common base, the second output of the filter is connected to the output of the fourth operational amplifier. which is directed by the claimed utility model, is to expand the functionality of the tunable active RC-filter, expanding the range of operating frequencies and increasing stability and device parameters that allow to obtain a technical result, which consists in constructing an active RC bandpass filter with independent tuning of its resonant frequency and Q factor, as well as additional implementation of a notch filter with independent tuning in wide limits of the notch frequency, pole Q factor and transfer coefficient, which is necessary for tunable filters.
Description
Полезная модель относится к приборостроению, системам связи и может использоваться в микроэлектронных селективных узлах радиоэлектронных устройств, измерительной и биомедицинской аппаратурах для частотной фильтрации электрических сигналов от помех на различных частотах, в частности сетевой частоты 50 или 60 Гц, в акустических системах для устранения акустической "завязки", в различных измерительных приборах, в системах связи для соответствующей обработки сигналов.The utility model relates to instrumentation, communication systems and can be used in microelectronic selective nodes of electronic devices, measuring and biomedical equipment for the frequency filtering of electrical signals from interference at various frequencies, in particular the network frequency of 50 or 60 Hz, in acoustic systems to eliminate acoustic ", in various measuring instruments, in communication systems for appropriate signal processing.
В литературе описаны различные перестраиваемые активные RC-фильтры. Как правило, эти фильтры отличаются большой сложностью, т.к. содержат большое число усилителей и RC-элементов, а также взаимной зависимостью параметров схем при перестройке их характеристик. Известна схема режекторного активного RC-фильтра [Дубинина А.Г., Орлова И.Ю., Шубина И.Ю. Высокодобротный полосно-заграждающий фильтр. / MS Excel в электротехнике и электронике. - СПб.: БХВ-Петербург. 2001. - стр. 215, рис. 7.84], содержащая два операционных усилителя, шесть резисторов и два конденсатора, причем первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к инвертирующим входам первого и второго операционных усилителей, а их вторые выводы к выходам второго и первого операционных усилителей соответственно, первые выводы второго и третьего резисторов подключены к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы к выходу второго операционного усилителя и входу фильтра соответственно, первые выводы четвертого, пятого резисторов, второго конденсатора и шестого резистора подключены к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы к выходу первого операционного усилителя, входу фильтра и общей шине соответственно, выходом фильтра является вывод второго операционного усилителя. Недостатком данного технического решения является невозможность независимой перестройки частоты режекции без изменения добротности и коэффициента передачи устройства.The literature describes various tunable active RC filters. As a rule, these filters are very complex because contain a large number of amplifiers and RC elements, as well as the mutual dependence of the parameters of the circuits during the restructuring of their characteristics. A known notch circuit active RC filter [Dubinina A.G., Orlova I.Yu., Shubina I.Yu. High quality bandpass filter. / MS Excel in electrical engineering and electronics. - SPb .: BHV-Petersburg. 2001. - p. 215, fig. 7.84], containing two operational amplifiers, six resistors and two capacitors, the first terminals of the first resistor and the first capacitor connected to the inverting inputs of the first and second operational amplifiers, and their second conclusions to the outputs of the second and first operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the second and third resistors are connected to the non-inverting input of the first operational amplifier, and their second conclusions to the output of the second operational amplifier and filter input, respectively, the first conclusions of the fourth, yatogo resistors of the second capacitor and the sixth resistor connected to the noninverting input of the second operational amplifier, and their second terminals to the output of the first operational amplifier, the input filter and the common bus, respectively, the filter output is the output of the second operational amplifier. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of independent adjustment of the frequency of the notch without changing the quality factor and transmission coefficient of the device.
Известна схема режекторного фильтра, предоставляющая возможность независимой друг от друга регулировки трех параметров: резонансной частоты, добротности и коэффициента усиления [Симон В.А., Кострин Д.К., Ухов А.А. и др. / Патент на полезную модель RU 180799, заявка №2018103015/ 25.01.2018. Опубликовано: 22.06.2018 Бюл. №18 /. Данная схема содержит первый, второй, третий и четвертый операционные усилители (ОУ), десять резисторов, два конденсатора, один потенциометр, вход фильтра соединен с первым выводом первого резистора, который соединен с первым выводом первого конденсатора, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора и с инвертирующим входом первого ОУ, второй вывод второго резистора соединен с первым выводом третьего резистора, с первым выводом второго конденсатора и с выходом первого ОУ, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом четвертого резистора, а также с инвертирующим входом второго ОУ, второй вывод четвертого резистора соединен с выходом второго ОУ, первый вывод пятого резистора подключен к первому выводу потенциометра и к отводу потенциометра, второй вывод потенциометра подключен ко второму выводу первого конденсатора и к неинвертирующему входу первого ОУ, первый вывод шестого резистора подключен ко второму выводу второго конденсатора и к неинвертирующему входу второго ОУ, второй вывод пятого резистора подключен ко второму выводу шестого резистора, а также к выходу четвертого ОУ, соединенному с инвертирующим входом четвертого ОУ, первый вывод седьмого резистора подключен к первому выводу восьмого резистора, первый вывод девятого резистора подключен к первому выводу десятого резистора, а также к неинвертирующему входу четвертого ОУ, второй вывод десятого резистора подключен к общей шине фильтра, выход третьего ОУ является I выходом фильтра, второй вывод седьмого резистора подключен к выходу третьего ОУ, первый вывод седьмого резистора подключен к инвертирующему входу третьего ОУ, второй вывод восьмого резистора подключен к общей шине фильтра, второй вывод девятого резистора подключен к неинвертирующему входу третьего ОУ, неинвертирующий вход дифференциального усилителя и неинвертирующий вход инструментального усилителя подключены к входу фильтра, к первому выводу первого резистора и к первому выводу первого конденсатора, инвертирующий вход дифференциального усилителя подключен к выходу второго ОУ и ко второму выводу четвертого резистора, выход дифференциального усилителя подключен к инвертирующему входу инструментального усилителя, выход инструментального усилителя подключен к неинвертирующему входу третьего ОУ и к первому выводу девятого резистора, а выход дифференциального усилителя является II выходом фильтра. Недостатком технического решения режекторного фильтра является необходимость использования дорогих промышленно изготовленных парных резистивных сборок, отличающихся не более чем на 0.01%, а также необходимость применения металлопленочных конденсаторов или изготовленных из керамики типа NP0 с допустимым отклонением от номинала не более 1%.A well-known notch filter circuit, providing the ability to independently adjust three parameters: resonant frequency, quality factor and gain [Simon VA, Kostrin D.K., Ukhov A.A. et al. / Patent for utility model RU 180799, application No. 2018103015 / 25.01.2018. Posted: 06/22/2018 Bull. No. 18 /. This circuit contains the first, second, third and fourth operational amplifiers (op amps), ten resistors, two capacitors, one potentiometer, the filter input is connected to the first output of the first resistor, which is connected to the first output of the first capacitor, the second output of the first resistor is connected to the first output the second resistor and with the inverting input of the first op-amp, the second output of the second resistor is connected to the first output of the third resistor, with the first output of the second capacitor and with the output of the first op-amp, the second output of the third resistor is inen with the first output of the fourth resistor, as well as with the inverting input of the second op-amp, the second output of the fourth resistor is connected to the output of the second op-amp, the first output of the fifth resistor is connected to the first output of the potentiometer and to the tap of the potentiometer, the second output of the potentiometer is connected to the second output of the first capacitor and to non-inverting input of the first op-amp, the first output of the sixth resistor is connected to the second output of the second capacitor and to the non-inverting input of the second op-amp, the second output of the fifth resistor is connected to the second output at the sixth resistor, as well as to the output of the fourth op-amp connected to the inverting input of the fourth op-amp, the first output of the seventh resistor is connected to the first output of the eighth resistor, the first output of the ninth resistor is connected to the first output of the tenth resistor, as well as to the non-inverting input of the fourth op-amp, the second output the tenth resistor is connected to the common filter bus, the output of the third op-amp is the I output of the filter, the second output of the seventh resistor is connected to the output of the third op-amp, the first output of the seventh resistor is connected to the inverting the input of the third op-amp, the second output of the eighth resistor is connected to the common filter bus, the second output of the ninth resistor is connected to the non-inverting input of the third op-amp, the non-inverting input of the differential amplifier and the non-inverting input of the instrument amplifier are connected to the input of the filter, to the first output of the first resistor and to the first output of the first capacitor , the inverting input of the differential amplifier is connected to the output of the second op-amp and to the second output of the fourth resistor, the output of the differential amplifier is connected to inv To the input of the instrumentation amplifier, the output of the instrumentation amplifier is connected to the non-inverting input of the third op-amp and to the first output of the ninth resistor, and the output of the differential amplifier is the II output of the filter. The disadvantage of the technical solution of the notch filter is the need to use expensive industrially manufactured paired resistive assemblies that differ by no more than 0.01%, as well as the need to use metal-film capacitors or made of ceramic like NP0 with an allowable deviation from the nominal no more than 1%.
Известна схема заграждающего фильтра Бейнера [Линейные схемы. Руководство к проектированию/ под ред. X. Цумбалена. - М.: Техносфера, 2001. Стр. 805, рис. 8-59], содержащая три операционных усилителя, восемь резисторов и два конденсатора, причем первый резистор и первый конденсатор включены между входом фильтра и инвертирующими входами первого и третьего операционных усилителей соответственно, первые выводы второго и третьего резисторов подключены к инвертирующим входам первого и второго операционных усилителей соответственно, первые выводы второго конденсатора и пятого резистора подключены к выходу второго операционного усилителя, а их вторые выводы к инвертирующим входам второго и третьего операционных усилителей соответственно, первые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы к выходу третьего операционного усилителя и общей шине соответственно, шестой резистор подключен между инвертирующим входом третьего операционного усилителя и общей шиной. Перестройка частоты среза в описанном устройстве может осуществляться изменением сопротивлений третьего и пятого резисторов, для чего эти элементы должны быть выполнены в виде сдвоенных потенциометров. Недостатком данного технического решения является невозможность перестройки частоты режекции без изменения добротности и коэффициента передачи устройства.Known blocking filter Beiner [Linear circuits. Design Guide / Ed. X. Tsumbalena. - M .: Technosphere, 2001. p. 805, fig. 8-59], containing three operational amplifiers, eight resistors and two capacitors, the first resistor and the first capacitor connected between the input of the filter and the inverting inputs of the first and third operational amplifiers, respectively, the first outputs of the second and third resistors are connected to the inverting inputs of the first and second operating amplifiers, respectively, the first conclusions of the second capacitor and fifth resistor are connected to the output of the second operational amplifier, and their second conclusions to the inverting inputs of the second and For the operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the seventh and eighth resistors are connected to the non-inverting input of the third operational amplifier, and their second outputs are connected to the output of the third operational amplifier and the common bus, respectively, the sixth resistor is connected between the inverting input of the third operational amplifier and the common bus. The tuning of the cutoff frequency in the described device can be carried out by changing the resistances of the third and fifth resistors, for which these elements must be made in the form of dual potentiometers. The disadvantage of this technical solution is the impossibility of tuning the frequency of the notch without changing the quality factor and transmission coefficient of the device.
Наиболее близким по технической сущности прототипом перестраиваемого активного RC-фильтра является полосовой активный RC-фильтр, описанный в [Белов А.В, Гисин М. Я. Полосовой активный фильтр/ Авторское свидетельство РФ №807482, кл. Н03Н 11/12 от 23.02.1981], содержащий дифференциальный усилитель, первый и второй операционные усилители, потенциометр, шесть резисторов и два конденсатора, причем первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы и потенциометр соединены в замкнутое кольцо, первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам дифференциального и первого операционного усилителей соответственно, первые выводы второго резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно, потенциометр подключен к выходам дифференциального и второго операционных усилителей, а отвод потенциометра и первый вывод третьего резистора подключены к инвертирующему входу дифференциального усилителя, а второй вывод третьего резистора - к общей базе, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к неинвертирующему входу дифференциального усилителя, а их вторые выводы - к общей базе и ко входу фильтра соответственно, шестой резистор подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя и выходу первого операционного усилителя, выход фильтра подключен к выходу первого операционного усилителя, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей подключены к общей базе. Передаточная функция полосового активного RC-фильтра имеет видThe closest in technical essence prototype tunable active RC-filter is a strip active RC filter described in [Belov A.V., Gisin M. Ya. Strip active filter / Copyright certificate of the Russian Federation No. 807482, cl. H03H 11/12 of 02/23/1981], comprising a differential amplifier, first and second operational amplifiers, a potentiometer, six resistors and two capacitors, the first and second resistors, the first and second capacitors and the potentiometer connected in a closed ring, the first terminals of the first resistor and the first capacitor is connected to the inverting input of the first operational amplifier, and their second conclusions are connected to the outputs of the differential and first operational amplifiers, respectively, the first conclusions of the second resistor and the second capacitor are connected are the inverting input of the second operational amplifier, and their second outputs are connected to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the potentiometer is connected to the outputs of the differential and second 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 amplifier, and the second output the third resistor to the common base, the first conclusions of the fourth and fifth resistors are connected to the non-inverting input of the differential amplifier, and their second conclusions to In the general base and to the filter input, respectively, the sixth resistor is connected to the non-inverting input of the differential amplifier and the output of the first operational amplifier, the filter output is connected to the output of the first operational amplifier, the non-inverting inputs of the first and second operational amplifiers are connected to a common base. The transfer function of the band-pass active RC filter has the form
где =R6/R4 - коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте;Where = R 6 / R 4 - transmission coefficient of the filter at the resonant frequency;
- резонансная круговая частота фильтра; - resonant circular frequency of the filter;
- полюсная добротность фильтра; - pole quality factor of the filter;
KQ=1/[R6⋅(1/R4+1/R5+1/R6)] - коэффициент полюсной добротности;K Q = 1 / [R 6 ⋅ (1 / R 4 + 1 / R 5 + 1 / R 6 )] - coefficient of pole quality factor;
β=Rпот/пот/Rпот2 - коэффициент перестройки резонансной частоты ω0;β = R pot / pot / R pot 2 is the tuning factor of the resonant frequency ω 0 ;
Rпот, Rпот2 - сопротивление потенциометра и его второй части;R pot , R pot2 - the resistance of the potentiometer and its second part;
λ=Rпот/R3 - параметр, величина которого определяет стабильность добротности фильтра при изменении резонансной частоты.λ = R pot / R 3 - a parameter whose value determines the stability of the quality factor of the filter when the resonant frequency changes.
Устройство работает следующим образом. Регулирование добротности осуществляется с помощью переменного четвертого резистора, который включен в состав делителя напряжения состоящего из четвертого и пятого резисторов. Делитель напряжения определяет общую глубину обратной связи фильтра. Причем при уменьшении сопротивления четвертого резистора делителя уменьшается общая обратная связь, что обеспечивает увеличение усиления и добротности фильтра. Перестройка резонансной частоты фильтра осуществляется с помощью потенциометра. При перемещении его движка к выходу дифференциального усилителя резонансная частота уменьшается, а при перемещении движка к выходу второго операционного усилителя резонансная частота увеличивается. Недостатком фильтра является невозможность осуществления фильтрации сигналов от помех на резонансных частотах, т.е. обеспечения коэффициента передачи фильтра на этих частотах равного нулю.The device operates as follows. The quality factor is controlled using an alternating fourth resistor, which is included in the voltage divider consisting of the fourth and fifth resistors. The voltage divider determines the overall depth of the filter feedback. Moreover, with a decrease in the resistance of the fourth resistor of the divider, the overall feedback decreases, which provides an increase in the gain and quality factor of the filter. Tuning the resonant frequency of the filter is carried out using a potentiometer. When moving its engine to the output of the differential amplifier, the resonant frequency decreases, and when moving the engine to the output of the second operational amplifier, the resonant frequency increases. The disadvantage of the filter is the inability to filter signals from interference at resonant frequencies, i.e. providing a filter transmission coefficient at these frequencies equal to zero.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей перестраиваемого активного RC-фильтра, расширение диапазона рабочих частот и повышение стабильности параметров устройства, позволяющих получить технический результат, заключающийся в построении полосового активного RC-фильтра с независимой перестройкой его резонансной частоты и добротности, а также дополнительной реализации фильтра режекторного типа с независимой перестройкой в широких пределах частоты режекции, полюсной добротности и коэффициента передачи, что необходимо для перестраиваемых фильтров.The task to which the claimed utility model is directed is to expand the functionality of a tunable active RC filter, expand the operating frequency range and increase the stability of the device parameters, allowing to obtain a technical result consisting in constructing an active RC bandpass filter with independent tuning of its resonant frequency and quality factor, as well as additional implementation of the notch filter with independent tuning over a wide range of notch frequencies, field quality Q and transmission coefficient, which is necessary for tunable filters.
Для достижения указанного технического результата в заявляемой полезной модели, содержащей два дифференциальных усилителя, четыре операционных усилителя, потенциометр, четырнадцать резисторов и два конденсатора, причем первый и второй резисторы, первый и второй конденсаторы и потенциометр соединены в замкнутое кольцо, первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого дифференциального и первого операционного усилителей соответственно, первые выводы второго резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно, потенциометр подключен к выходам дифференциального и второго операционных усилителей, а отвод потенциометра и первый вывод третьего резистора подключены к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя, а второй вывод третьего резистора - к общей базе, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены к неинвертирующему входу первого дифференциального усилителя, а их вторые выводы - к общей базе и ко входу фильтра соответственно, шестой резистор подключен к неинвертирующему входу первого дифференциального и выходу первого операционного усилителей, первый выход фильтра подключен к выходу первого операционного усилителя, неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей подключены к общей базе, первые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и третьего операционных усилителей соответственно, первые выводы девятого и десятого резисторов подключены к инвертирующему входу второго диффренциального усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего операционного и второго диффренциального усилителей соответственно, первые выводы одиннадцатого и двенадцатого резисторов подключены к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго диффренциального и четвертого операционного усилителей соответственно, первые выводы тринадцатого и четырнадцатого резисторов подключены к неинвертирующему входу второго диффренциального усилителя, а их вторые выводы - ко входу фильтра и к общей базе соответственно, неинвертирующие входы третьего и четвертого операционных усилителей подключены к общей базе, второй выход фильтра подключен к выходу четвертого операционного усилителя.To achieve the technical result in the claimed utility model, which contains two differential amplifiers, four operational amplifiers, a potentiometer, fourteen resistors and two capacitors, the first and second resistors, the first and second capacitors and the potentiometer connected in a closed ring, the first terminals of the first resistor and the first capacitors are connected to the inverting input of the first operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the first differential and first operational amplifiers with accordingly, the first leads of the second resistor and the second capacitor are connected to the inverting input of the second operational amplifier, and their second leads are connected to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the potentiometer is connected to the outputs of the differential and second operational amplifiers, and the tap of the potentiometer and the first output of the third resistor are connected to the inverting input of the first differential amplifier, and the second output of the third resistor to the common base, the first conclusions of the fourth and fifth resistors are connected to the non-inverting input of the first differential amplifier, and their second conclusions are connected to the common base and to the filter input, respectively, the sixth resistor is connected to the non-inverting input of the first differential and the output of the first operational amplifiers, the first filter output is connected to the output of the first operational amplifier, the non-inverting inputs of the first and the second operational amplifiers are connected to a common base, the first conclusions of the seventh and eighth resistors are connected to the inverting input of the third operational amplifier, and their the second leads are connected to the outputs of the first and third operational amplifiers, respectively, the first leads of the ninth and tenth resistors are connected to the inverting input of the second differential amplifier, and their second leads are connected to the outputs of the third operational and second differential amplifiers, respectively, the first leads of the eleventh and twelfth resistors are connected to the inverting the input of the fourth operational amplifier, and their second conclusions to the outputs of the second differential and fourth operational amplifiers correspond Namely, the first conclusions of the thirteenth and fourteenth resistors are connected to the non-inverting input of the second differential amplifier, and their second conclusions to the input of the filter and to the common base, respectively, the non-inverting inputs of the third and fourth operational amplifiers are connected to a common base, the second output of the filter is connected to the output of the fourth operational amplifier.
Возможность достижения указанного технического результата обусловлена следующими факторами: во-первых, наличием третьего, четвертого операционных усилителей и второго дифференциального усилителя, а также седьмого, восьмого, девятого, десятого, одиннадцатого, двенадцатого, тринадцатого и четырнадцатого резисторов; третий и четвертый операционные усилители являются инвертирующими; коэффициент усиления третьего операционного усилителя равен единице при одинаковых сопротивлениях седьмого и восьмого резисторов; отношение сопротивлений одиннадцатого и двенадцатого резисторов определяет коэффициент усиления на втором выходе фильтра (К); во-вторых, использованием второго дифференциального усилителя при одинаковых сопротивлениях девятого, десятого, тринадцатого и четырнадцатого резисторов позволяет глубоко подавлять сигналы и синфазные помехи на резонансной частоте на втором выходе фильтра. Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема перестраиваемого активного RC-фильтра; на фиг. 2 - сигнальный граф схемы фильтра; на фиг. 3 - АЧХ перестраиваемого по частоте активного RC-фильтра полосового типа; на фиг. 4 - АЧХ активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемой частотой режекции; на фиг. 5 - АЧХ перестраиваемого активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемой добротностью; на фиг. 6 - АЧХ активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемым коэффициентом передачи. Заявляемая полезная модель содержит первый 1 дифференциальный усилитель, первый 2, второй 3 и третий 4 операционные усилители, второй 5 дифференциальный усилитель, четвертый 6 операционный усилитель, первые выводы первого 7 резистора и первого 8 конденсатора подключены к инвертирующему входу первого 2 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого 1 дифференциального усилителя и первого 2 операционного усилителя соответственно, первые выводы второго 9 резистора и второго 10 конденсатора подключены к инвертирующему входу второго 3 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого 2 и второго 3 операционных усилителей соответственно, потенциометр 11 подключен к выходам первого 1 дифференциального и второго 3 операционных усилителей, а отвод потенциометра 11 и первый вывод третьего 12 резистора подключены к инвертирующему входу первого 1 дифференциального усилителя, а второй вывод третьего 3 резистора - к общей базе, первые выводы четвертого 13 и пятого 14 резисторов подключены к неинвертирующему входу первого 1 дифференциального усилителя, а их вторые выводы - к общей базе и ко входу 24 фильтра соответственно, шестой 15 резистор подключен к неинвертирующему входу первого 1 дифференциального и выходу первого 2 операционного усилителей, первый выход 25 фильтра подключен к выходу первого 2 операционного усилителя, неинвертирующие входы первого 2, второго 3 операционных усилителей подключены к общей базе, первые выводы седьмого 16 и восьмого 17 резисторов подключены к инвертирующему входу третьего 4 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого 2 и третьего 4 операционных усилителей соответственно, первые выводы девятого 18 и десятого 19 резисторов подключены к инвертирующему входу второго 5 диффренциального усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего 4 операционного и второго 5 диффренциального усилителей соответственно, первые выводы одиннадцатого 20 и двенадцатого 21 резисторов подключены к инвертирующему входу четвертого 6 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго 5 диффренциального и четвертого 6 операционного усилителей соответственно, первые выводы тринадцатого 22 и четырнадцатого 23 резисторов подключены к неинвертирующему входу 5 второго диффренциального усилителя, а их вторые выводы - ко входу 24 фильтра и к общей базе соответственно, неинвертирующие входы третьего 4 и четвертого 6 операционных усилителей подключены к общей базе, второй 26 выход фильтра подключен к выходу четвертого 6 операционного усилителя.The ability to achieve the specified technical result is due to the following factors: firstly, the presence of the third, fourth operational amplifiers and the second differential amplifier, as well as the seventh, eighth, ninth, tenth, eleventh, twelfth, thirteenth and fourteenth resistors; the third and fourth operational amplifiers are inverting; the gain of the third operational amplifier is equal to unity at the same resistances of the seventh and eighth resistors; the ratio of the resistances of the eleventh and twelfth resistors determines the gain at the second output of the filter (K); secondly, using a second differential amplifier with the same resistances of the ninth, tenth, thirteenth and fourteenth resistors allows you to deeply suppress signals and common mode noise at the resonant frequency at the second output of the filter. The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of a tunable active RC filter; in FIG. 2 - signal graph of the filter circuit; in FIG. 3 - frequency response of a frequency-tunable active RC filter of a strip type; in FIG. 4 - frequency response of an active RC filter of a notch type with a tunable notch frequency; in FIG. 5 - frequency response of a tunable active notch-type RC filter with tunable quality factor; in FIG. 6 - frequency response of the active RC-filter of the notch type with a tunable transmission coefficient. The inventive utility model comprises a first 1 differential amplifier, a first 2, a
Рассмотрим процедуру синтеза схемы заявляемого перестраиваемого активного RС-фильтра (фиг. 1). Для возможной реализации режекторного фильтра на основе схемы прототипа активного полосового RС-фильтра введены дополнительно третий 4 и четвертый 6 операционные усилители, а также второй 5 дифференциальный усилитель, на неинвертирующий вход которого подается сигнал со входа 24 фильтра через делитель напряжения, состоящего из тринадцатого 22 и четырнадцатого 23 резисторов.Consider the procedure for synthesizing the scheme of the inventive tunable active RC filter (Fig. 1). For the possible implementation of a notch filter based on the prototype scheme of an active band-pass RC filter, an additional third 4 and fourth 6 operational amplifiers are introduced, as well as a second 5 differential amplifier, to the non-inverting input of which a signal is supplied from the
Третий 4 операционный усилитель предназначен для инверсии сигнала подаваемого на его вход с выхода (Вых. 1) полосового фильтра. При этом коэффициент передачи как отношение выходного напряжения третьего 4 операционного усилителя к напряжению на входе 24 фильтра становится неинвертирующим, при условии что сопротивления седьмого 16 и восьмого 17 резисторов подключенных ко входу третьего 4 операционного усилителя выбраны одинаковыми (R7=R8=R). Второй 5 дифференциальный усилитель ДОУ2 охвачен отрицательной обратной связью из девятого 18 и десятого 19 резисторов. На неивертирующий вход второго 5 дифференциального усилителя подается сигнал со входа фильтра через делитель напряжения из тринадцатого 22 и четырнадцатого 23 резисторов. При условии, что сопротивления всех резисторов подключенных ко второму 5 дифференциальному усилителю выбраны одинаковыми (R9=Rl0=Rl3=R14=R), коэффициент передач по его инвертирующему входу равен (-1), а по неинвертирующему входу - (+1). Четвертый 6 операционный усилитель предназначен для регулирования коэффициента передачи на втором 26 выходе фильтра. Коэффициент передачи четвертого 6 операционного усилителя определяется отношением сопротивлений одиннадцатого 20 и двенадцатого резисторов. Для нахождения передаточной функции перестраиваемого активного RC-фильтра (фиг. 1) рассмотрим направленный сигнальный граф (фиг. 2) схемы фильтра (фиг. 1). Передаточные функции ветвей графа в соответствии со схемой (фиг. 1) имеют видThe third 4 operational amplifier is designed to invert the signal supplied to its input from the output (Output 1) of the bandpass filter. In this case, the transmission coefficient as the ratio of the output voltage of the third 4 operational amplifier to the voltage at the input of the
где K - коэффициент передачи четвертого 6 операционного усилителя.where K is the transmission coefficient of the fourth 6 operational amplifier.
Передаточная функция сигнального графа, в соответствии сThe transfer function of the signal graph, in accordance with
топологической формулой Мезона, имеет видthe topological formula of Meson, has the form
Подставив выражения (2) в передаточную функцию (3), найдем передаточную функцию перестраиваемого активного RC-фильтра при условии, что на основании (1) коэффициент передачи на резонансной частоте полосового фильтра =R6/R4=1Substituting expressions (2) into the transfer function (3), we find the transfer function of the tunable active RC filter, provided that, based on (1), the transmission coefficient at the resonant frequency of the bandpass filter = R 6 / R 4 = 1
Из полученного выражения и формулы (1) следует полное соответствие полюсной добротности Q и резонансной частоты ω0 перестраиваемого активного RС-фильтра, реализуемого на втором выходе - Вых. 2 (фиг. 1), с добротностью и резонансной частотой преобразуемого активного полосового RС-фильтра, реализуемого на первом выходе - Вых. 1. Следует отметить, что для реализованной схемы перестраиваемого активного RС-фильтра (фиг. 1) справедливы все результаты анализа, которые были получены для схемы перестраиваемого активного полосового RС-фильтра-прототипа. Частота режекции реализованного фильтра изменяется с помощью потенциометра 11 более чем в четыре раза при практически неизменной полюсной добротности, а величина полюсной добротности регулируется переменным резистором 13. Для обеспечения стабильности величины добротности перестраиваемого активного RС-фильтра при регулировании его частоты режекции необходимо выбирать сопротивление третьего 12 резистора равное R3=RПФ/λ, где λ=6. На первом 25 выходе реализуется активный RC-фильтр полосового типа, а на втором 26 выходе- активный RС-фильтр режекторного типа. Оба фильтра одновременно перестраиваются по частоте и полюсной добротности. Независимое регулирование коэффициента передачи режекторного фильтра может быть выполнятся в широких пределах с помощью переменного одиннадцатого 20 резистора.From the obtained expression and formula (1) it follows that the pole Q factor Q and the resonance frequency ω 0 of the tunable active RC filter, realized at the second output, Vyh, are completely consistent. 2 (Fig. 1), with the quality factor and the resonant frequency of the converted active band-pass RC filter, implemented at the first output - Out. 1. It should be noted that for the implemented scheme of the tunable active RC filter (Fig. 1) all the analysis results that were obtained for the scheme of the tunable active band-pass RC filter prototype are valid. The notch frequency of the implemented filter is changed by a potentiometer 11 more than four times with a practically constant pole Q factor, and the pole Q factor is controlled by a
Рассмотрим представленные на фиг. (3 6) амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) перестраиваемого активного RC-фильтра полосового типа (Вых. 1) и АЧХ перестраиваемого активного RC-фильтра режекторного типа (Вых. 2). На фиг. 3 показаны АЧХ полосового активного RC-фильтра с перестраиваемой резонансной частотой. Перестройка резонансной частоты фильтра осуществлялась с помощью потенциометра, полное сопротивление которого равно 200 кОм. При перемещении движка потенциометра к выходу первого дифференциального усилителя резонансная частота уменьшается, а к выходу третьего операционного усилителя резонансная частота увеличивается. При изменении сопротивления части потенциометра между движком и выходом первого дифференциального усилителя в девять раз в пределах (20÷180) кОм резонансная частота фильтра изменялась в три раза. При изменении резонансной частоты полюсная добротность и коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте сохранялись практически неизменными. На фиг. 4 показаны АЧХ активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемой частотой режекции. Перестройка частоты режекции фильтра осуществлясь с помощью потенциометра также как и резонансной частоты в полосовом фильтре. При изменении частоты режекции в три раза коэффициенты передачи фильтра в диапазонах нижних и верхних частот, полюсная добротность, а также затухание на частоте режеции (более 50 дБ) сохранялись практически неизменными. На фиг. 5 показаны АЧХ активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемой полюсной добротностью с помощью регулируемого пятого 14 резистора. При изменении сопротивления этого резистора в девять раз в пределах (20÷180) кОм полюсная добротность изменялась в четыре раза в пределах (0.6÷2.4). При регулировании полюсной добротности частота режекции, затухание (более 50 дБ) на этой частоте, коэффициенты передачи фильтра в диапазоне нижних и верхних частот сохранялись практически неизменными. На фиг.6 показаны АЧХ активного RC-фильтра режекторного типа с перестраиваемым коэффициентом передачи фильтра с помощью регулируемого одиннадцатого 20 резистора. При изменении сопротивления этого резистора в четыре раза в пределах (5÷20) кОм коэффициенты передач фильтра в диапазонах нижних и верхних частот изменялись одинаково на 12 дБ. При изменении коэффициента передачи фильтра частота режекции, затухание (более 50 дБ) на этой частоте, полюсная добротность сохранялись практически неизменными.Consider the FIGS. (3 6) amplitude-frequency characteristics (AFC) of a tunable active RC filter of a strip type (Output 1) and AFC of a tunable active RC filter of a notch type (Output 2). In FIG. Figure 3 shows the frequency response of a band-pass active RC filter with a tunable resonant frequency. The resonance frequency of the filter was tuned using a potentiometer whose impedance is 200 kOhm. When moving the potentiometer engine to the output of the first differential amplifier, the resonant frequency decreases, and to the output of the third operational amplifier, the resonant frequency increases. When the resistance of the part of the potentiometer between the engine and the output of the first differential amplifier changes nine times within (20 ÷ 180) kOhm, the resonant frequency of the filter changes three times. With a change in the resonant frequency, the pole Q factor and the transmission coefficient of the filter at the resonant frequency remained practically unchanged. In FIG. Figure 4 shows the frequency response of an active notch-type RC filter with a tunable notch frequency. Tuning the frequency of the notch filter was carried out using a potentiometer as well as the resonant frequency in the bandpass filter. When the notch frequency was changed by a factor of three, the transmission coefficients of the filter in the low and high frequency ranges, the pole Q factor, and also attenuation at the cut frequency (more than 50 dB) remained almost unchanged. In FIG. Figure 5 shows the frequency response of an active RC filter of a notch type with tunable pole Q factor using an adjustable fifth 14 resistor. When changing the resistance of this resistor nine times within (20 ÷ 180) kOhm, the pole Q factor changed four times within (0.6 ÷ 2.4). When adjusting the pole Q factor, the notch frequency, attenuation (more than 50 dB) at this frequency, and the transmission coefficients of the filter in the low and high frequencies remained almost unchanged. Figure 6 shows the frequency response of an active RC filter of a notch type with a tunable filter gain using an adjustable eleventh 20 resistor. When the resistance of this resistor is changed four times within (5 ÷ 20) kOhm, the transmission coefficients of the filter in the low and high frequency ranges changed equally by 12 dB. When changing the transmission coefficient of the filter, the notch frequency, attenuation (more than 50 dB) at this frequency, and the pole Q factor remained practically unchanged.
Предлагаемая схема перестраиваемого активного RC-фильтра дает возможность при достаточно простом элементном исполнении независимо регулировать как частоту режекции, добротность фильтра в широких пределах, так и коэффициент передачи фильтра на низких и высоких частотах, что позволяет обеспечить высокую технологичность и удобство настройки в процессе изготовления фильтра и его эксплуатации. Применение заявленного решения возможно в медицинской и биомедицинской измерительных аппаратурах.The proposed scheme of a tunable active RC filter makes it possible, with a fairly simple elemental design, to independently control both the notch frequency, the Q factor of the filter over a wide range, and the transmission coefficient of the filter at low and high frequencies, which makes it possible to ensure high adaptability and ease of adjustment during filter manufacturing and its operation. The application of the claimed solution is possible in medical and biomedical measuring instruments.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146226U RU188003U1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | TUNABLE ACTIVE RC FILTER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146226U RU188003U1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | TUNABLE ACTIVE RC FILTER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU188003U1 true RU188003U1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146226U RU188003U1 (en) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | TUNABLE ACTIVE RC FILTER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU188003U1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100201438A1 (en) * | 2005-10-12 | 2010-08-12 | Stmicroelectronics S.R.I. | Notch filter and apparatus for receiving and transmitting radio-frequency signals incorporating same |
WO2011112290A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Allegro Microsystems, Inc. | Switched capacitor notch filter with fast response time |
RU149838U1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | TUNABLE ACTIVE RC FILTER |
WO2017121682A1 (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | Universität Zürich | Band-pass filter |
RU180799U1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | DIRECT FILTER |
-
2018
- 2018-12-24 RU RU2018146226U patent/RU188003U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100201438A1 (en) * | 2005-10-12 | 2010-08-12 | Stmicroelectronics S.R.I. | Notch filter and apparatus for receiving and transmitting radio-frequency signals incorporating same |
WO2011112290A1 (en) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | Allegro Microsystems, Inc. | Switched capacitor notch filter with fast response time |
RU149838U1 (en) * | 2014-07-22 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | TUNABLE ACTIVE RC FILTER |
WO2017121682A1 (en) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | Universität Zürich | Band-pass filter |
RU180799U1 (en) * | 2018-01-25 | 2018-06-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | DIRECT FILTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2704530C1 (en) | Broadband band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient | |
RU180799U1 (en) | DIRECT FILTER | |
RU2701095C1 (en) | Low-sensitivity bandpass filter with independent adjustment of main parameters | |
RU149838U1 (en) | TUNABLE ACTIVE RC FILTER | |
RU2677362C1 (en) | Active rc filter | |
RU200408U1 (en) | Bandpass filter with tunable frequency range for continuous spectral analysis of cardiointervalogram | |
RU188003U1 (en) | TUNABLE ACTIVE RC FILTER | |
RU128043U1 (en) | ACTIVE LOW FILTER RC FILTER | |
RU2697944C1 (en) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters | |
GB2144938A (en) | Active iterative filter element | |
RU199745U1 (en) | Tunable notch active RC filter | |
RU135206U1 (en) | ACTIVE TOP FILTER RC FILTER | |
RU2694134C1 (en) | Band pass arc-filter on two operational amplifiers with increase in pole frequency and independent adjustment of main parameters | |
RU2694135C1 (en) | High-frequency arc-filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2701038C1 (en) | Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters | |
US4012704A (en) | Active amplitude equalizers | |
RU168065U1 (en) | TUNABLE ACTIVE AMPLITUDE RC-CORRECTOR | |
Ren et al. | Parallel Integrated State Variable Filter Circuit Design | |
RU156095U1 (en) | BAND ROTARY FILTER | |
Denisenko et al. | Active RC and RLC Rejection Filters of the Sallen-Key Class Based on Voltage Followers | |
CA1077146A (en) | Active networks having biquadratic transfer functions | |
RU2721404C1 (en) | Active rc-filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2718709C1 (en) | Band-pass filter with independent adjustment of main parameters | |
RU207908U1 (en) | Tunable active RC notch filter for electrophysiological signals | |
RU2722752C1 (en) | Band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient |