RU2014726C1

RU2014726C1 - Active rc filter

Info

Publication number: RU2014726C1
Authority: RU
Inventors: Г.М. Микиртичан; В.Н. Гришин
Original assignee: Центральный Научно-Исследовательский Институт Связи
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: electric communication. SUBSTANCE: active RC filter has inverse T-shaped RC circuits, two voltage followers and resistive voltage divider. EFFECT: provision for separate control over frequency of pole and its factor-of-merit wit keeping of high stability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам передачи электрических сигналов и может быть использовано при разработке активных RC-фильтров, предназначенных для работы в различных радиотехнических устройствах. The invention relates to devices for transmitting electrical signals and can be used in the development of active RC filters designed to work in various radio engineering devices.

Известно звено активного RC-фильтра (авт. св. СССР N 363182, кл. Н 03 Н 7/10, 10.08.73), содержащее операционный усилитель и двойной Т-образный RC-мост, последовательные входные цепи которого разделены и подсоединены к источнику входного сигнала и к выходу операционного усилителя через резистивный делитель с включением дополнительного конденсатора между местом соединения двух последовательных резистивных плеч Т-образного моста и выходом операционного усилителя. Звено обеспечивает возможность раздельной регулировки и настройки коэффициентов передачи двойного моста как по цепи обратной связи, так и по цепи прямой передачи, имеет относительно небольшое число конденсаторов. A known active RC filter link (ed. St. USSR N 363182, class N 03 N 7/10, 08/10/73), containing an operational amplifier and a double T-shaped RC bridge, the serial input circuits of which are separated and connected to the source input signal and to the output of the operational amplifier through a resistive divider with the inclusion of an additional capacitor between the junction of two consecutive resistive arms of the T-shaped bridge and the output of the operational amplifier. The link provides the ability to separately adjust and adjust the transmission coefficients of the double bridge both in the feedback circuit and in the direct transmission circuit; it has a relatively small number of capacitors.

Основным недостатком звена является большая чувствительность добротности к вариациям пассивных элементов, так как двойной Т-образный мост включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя. Кроме того, схемы такого типа относятся к классу потенциально неустойчивых схем. The main drawback of the link is the high Q-factor sensitivity to variations of passive elements, since a double T-shaped bridge is included in the amplifier’s negative feedback circuit. In addition, schemes of this type belong to the class of potentially unstable schemes.

Известно операционное звено второго порядка, содержащее пять операционный усилителей (Кустов О.В., Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. М. : Связь, 1978, с. 74, рис. 5.2). Известны упрощенные модификации этого звена (см. там же, рис. 5.3...5.8). Операционное звено на рис. 5.2 обладает высокой стабильностью, абсолютной устойчивостью, имеет широкие функциональные возможности, практически независимую регулировку параметров, относительно малую чувствительность к качеству используемых операционных усилителей. Звенья на рис. 5.3....5.8 с пониженным числом операционных усилителей не обеспечивают реализации всех свойств операционного звена на рис. 5.2. Они имеют либо большую чувствительность, либо не обеспечивают возможность раздельной регулировки параметров. Known operational link of the second order, containing five operational amplifiers (Kustov OV, Lundin VZ Operational amplifiers in linear circuits. M.: Communication, 1978, S. 74, Fig. 5.2). Simplified modifications of this link are known (see ibid., Fig. 5.3 ... 5.8). The operating link in Fig. 5.2 possesses high stability, absolute stability, has wide functional capabilities, practically independent adjustment of parameters, relatively low sensitivity to the quality of operational amplifiers used. Links in fig. 5.3 .... 5.8 with a reduced number of operational amplifiers do not provide the implementation of all the properties of the operating link in Fig. 5.2. They have either greater sensitivity, or do not provide the ability to separately adjust the parameters.

Основным недостатком указанного звена является большое число операционный усилителей, неэкономичность и относительно высокая стоимость. Кроме того, применение такого звена целесообразно только при использовании микроэлементной технологии, которая экономически эффективна только в том случае, если ее продукция имеет большую массовость. The main disadvantage of this link is a large number of operational amplifiers, uneconomical and relatively high cost. In addition, the use of such a link is advisable only when using microelement technology, which is cost-effective only if its products are of large mass.

Ближайшим к изобретению является звено активного RC-фильтра (Полупроводниковые приборы в технике электросвязи, вып. 4, М.: Связь, 1969, с. 172, рис. 1), содержащее две взаимообразные Т-образные RC-цепи, эмиттерный повторитель и нагрузку. Эмиттерный повторитель может быть заменен операционным усилителем, работающим в режиме повторителя напряжения. Звено содержит минимальное число активных элементов и позволяет реализовать высокие добротность полюса и стабильность коэффициента передачи, в ряде случаев такие же, как в схеме с пятью операционными усилителями. Closest to the invention is an active RC filter unit (Semiconductor devices in the telecommunication technique, issue 4, M .: Communication, 1969, p. 172, Fig. 1), containing two interconnected T-shaped RC circuits, an emitter follower and a load . The emitter follower can be replaced by an operational amplifier operating in voltage follower mode. The link contains the minimum number of active elements and allows you to realize high quality factor of the pole and the stability of the transmission coefficient, in some cases the same as in the scheme with five operational amplifiers.

Недостатком звена является невозможность раздельной регулировки добротности и частоты полюса. The disadvantage of this link is the inability to separately adjust the quality factor and frequency of the pole.

Целью изобретения является получение возможности раздельной регулировки частоты и добротности полюса. The aim of the invention is to obtain the possibility of separate adjustment of the frequency and quality factor of the pole.

Цель достигается тем, что RC-фильтр, содержащий первый повторитель напряжения, резистор нагрузки, соединенный одним выводом с общей точкой схемы, первый и второй последовательно соединенные резисторы, к точке соединения которых подключен первый конденсатор, причем второй вывод первого резистора соединен с источником сигнала, а второй вывод второго резистора - с входом повторителя напряжения, второй и третий последовательно соединенные конденсаторы, к точке соединения которых подключен третий резистор, причем второй вывод второго конденсатора соединен с входом повторителя напряжения, а второй вывод третьего конденсатора - с общей точкой схемы, вторые выводы первого конденсатора и третьего резистора соединены вместе, введены четвертый резистор, включенный между выходом первого повторителя и вторым выводом резистора нагрузки, и второй повторитель напряжения, вход которого подключен к точке соединения четвертого резистора с резистором нагрузки, а выход - к точке соединения первого конденсатора и третьего резистора. The goal is achieved in that the RC filter containing the first voltage follower, a load resistor connected by one terminal to a common point of the circuit, first and second series resistors connected to the connection point of which the first capacitor is connected, the second terminal of the first resistor is connected to the signal source, and the second terminal of the second resistor with the input of the voltage follower, the second and third series-connected capacitors, to the connection point of which the third resistor is connected, and the second terminal of the second conden the sator is connected to the input of the voltage follower, and the second output of the third capacitor is connected to a common point of the circuit, the second conclusions of the first capacitor and the third resistor are connected together, the fourth resistor is inserted, connected between the output of the first follower and the second output of the load resistor, and the second voltage follower, the input of which connected to the connection point of the fourth resistor with the load resistor, and the output to the connection point of the first capacitor and the third resistor.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый активный RC-фильтр отличается наличием новых элементов: дополнительного резистора и дополнительного повторителя напряжения, выполненного на операционном усилителе или эмиттерном повторителе, и их связями с остальными элементами схемы. Хотя вводимые элементы широко известны, но в указанной связи с остальными элементами схемы они проявляют свойства, позволяющие получить возможность раздельной регулировки частоты полюса и его добротности при сохранении высокой стабильности. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive active RC filter is characterized by the presence of new elements: an additional resistor and an additional voltage follower made on an operational amplifier or emitter follower, and their connections with the rest of the circuit elements. Although the input elements are widely known, but in this connection with the other elements of the circuit they exhibit properties that make it possible to separately adjust the frequency of the pole and its quality factor while maintaining high stability. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Таким образом, заявляемый активный RC-фильтр соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed active RC filter meets the criteria of the invention of "novelty."

Активный RC-фильтр представлен на чертеже. Он является фильтром нижних частот. Фильтр верхних частот может быть получен путем замены местами резисторов 2, 4, 5 и конденсаторов 6, 7, 3 соответственно. Фильтр нижних частот содержит источник 1 сигнала, первый и второй последовательно соединенные резисторы 2 и 4, связывающие источник сигнала с входом выполненного на операционном усилителе 8 первого повторителя напряжения, последовательно соединенные конденсаторы 6, 7, подключенные между входом повторителя 8 напряжения и общей точкой 13 схемы, последовательно соединенные резисторы 10, 11, включенные между выходом 12 повторителя 8 напряжения и общей точкой 13 схемы, второй повторитель напряжения, выполненный на операционном усилителе 9, вход которого соединен с точкой соединения резисторов 10, 11, а выход - с точкой соединения резистора 5 и конденсатора 3, вторые выводы которых соответственно соединены с точками соединения конденсаторов 6, 7 и резисторов 2, 4. Цепи питания операционных усилителей 8 и 9 на схеме не показаны. Active RC filter is shown in the drawing. It is a low pass filter. The high-pass filter can be obtained by replacing the resistors 2, 4, 5 and capacitors 6, 7, 3, respectively. The low-pass filter contains a signal source 1, the first and second series-connected resistors 2 and 4, connecting the signal source to the input of the first voltage follower made on the operational amplifier 8, series-connected capacitors 6, 7, connected between the input of the voltage follower 8 and the common point 13 of the circuit , resistors 10, 11 connected in series, connected between the output 12 of the voltage follower 8 and the common point 13 of the circuit, the second voltage follower made on the operational amplifier 9, the input of which ohm is connected to the connection point of resistors 10, 11, and the output is connected to the connection point of resistor 5 and capacitor 3, the second terminals of which are respectively connected to the connection points of capacitors 6, 7 and resistors 2, 4. The power supply circuits of operational amplifiers 8 and 9 are not shown in the diagram are shown.

Активный RC-фильтр работает следующим образом. Active RC filter works as follows.

Частота полюса фильтра f определяется частотой баланса двойного Т-образного моста, состоящего из первого Т-образного звена, собранного на последовательно соединенных резисторах 2, 4 и конденсаторе 3, и второго Т-образного звена, собранного на последовательно соединенных конденсаторах 6, 7 и резисторе 5. При условии, если сопротивление резисторов 2, 3 равно R, а резистора 5 - 0,5 R, и при емкости конденсаторов 6, 7, равной С, а конденсатора 3-2 С частота полюса
f =

,
Удобно использовать и другую формулу, получаемую при условии, что емкость конденсаторов 3, 6, 7 равна С, а сопротивление резисторов 2,4-R и резистора 5 - 0,25 R. При этом частота полюса
f=

.The frequency of the filter pole f is determined by the balance frequency of the double T-shaped bridge, consisting of the first T-shaped link assembled on series-connected

resistors

2, 4 and capacitor 3, and the second T-shaped link, assembled on series-connected capacitors 6, 7 and the resistor 5. Provided that the resistance of

resistors

2, 3 is R, and that of resistor 5 is 0.5 R, and when the capacitance of capacitors 6, 7 is equal to C, and that of capacitor 3-2 C, the frequency of the pole
f =

,
It is convenient to use another formula obtained under the condition that the capacitance of

capacitors

3, 6, 7 is equal to C, and the resistance of resistors 2,4-R and resistor 5 is 0.25 R. The frequency of the pole
f =

.

Получаемая частота f обеспечивается при условии, что сопротивление емкости 3 и резистора 5 значительно больше выходного сопротивления операционного усилителя 9. The resulting frequency f is provided provided that the resistance of the capacitance 3 and the resistor 5 is much greater than the output resistance of the operational amplifier 9.

При сопротивлении резистора 10, равном нулю, добротность полюса максимальна и имеет величину около 100. При увеличении сопротивления резистора 10 добротность полюса уменьшается. When the resistance of the resistor 10 is equal to zero, the quality factor of the pole is maximum and has a value of about 100. With an increase in the resistance of the resistor 10, the quality factor of the pole decreases.

Активный RC-фильтр использовался при реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых. Во всех случаях они обеспечивали высокую стабильность коэффициента передачи на частоте полюса. Так, при добротности полюса, равной 10, и изменении температуры на ± 30^оС коэффициент передачи на частоте полюса изменялся менее чем на ± 1%. Такая же стабильность была получена при изменении напряжения питания на ± 20%.An active RC filter was used to implement low-pass, high-pass, and bandpass filters. In all cases, they ensured high stability of the transmission coefficient at the pole frequency. Thus, when the Q poles equal to 10 and the temperature change of ± 30 ^{° C} transfer coefficient at the frequency pole varied by less than ± 1%. The same stability was obtained when the supply voltage was changed by ± 20%.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого активного RC-фильтра по сравнению с прототипом заключается в возможности раздельной регулировки частоты полюса и его добротности, что позволяет упростить настройку фильтра при серийном производстве, и в повышении стабильности коэффициента передачи, что позволяет достичь высоких электрических параметров минимальными затратами. При этом ожидается снижение материальных затрат в среднем на 20-25%. The technical and economic efficiency of the proposed active RC filter compared to the prototype lies in the possibility of separately adjusting the frequency of the pole and its Q factor, which makes it possible to simplify the filter setup during mass production, and to increase the stability of the transmission coefficient, which makes it possible to achieve high electrical parameters at minimal cost. At the same time, material costs are expected to decrease by an average of 20-25%.

Claims

An ACTIVE RC FILTER, comprising a voltage follower, a load resistor, the first terminal of which is connected to a common bus, first and second resistors connected in series, to the connection point of the first terminals of which the first terminal of the first capacitor is connected, while the second terminal of the first resistor is an input of the active RC filter, and the second terminal of the second resistor is connected to the input of the voltage follower and to the common bus through series-connected second and third capacitors, the connection point of the first terminals of which is black of the third resistor connected to the second terminal of the first capacitor, characterized in that between the output of the voltage follower and the second terminal of the load resistor inserted further resistor, and between the second terminals of the load resistor and the first capacitor inserted an additional voltage follower.