RU2110140C1 - Adjustable arc filter - Google Patents
Adjustable arc filter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2110140C1 RU2110140C1 RU95108962A RU95108962A RU2110140C1 RU 2110140 C1 RU2110140 C1 RU 2110140C1 RU 95108962 A RU95108962 A RU 95108962A RU 95108962 A RU95108962 A RU 95108962A RU 2110140 C1 RU2110140 C1 RU 2110140C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- operational amplifier
- inverting input
- resistor
- resistors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах, в том числе микроэлектронных. The invention relates to radio engineering and can be used in selective radio-electronic devices, including microelectronic.
Известно устройство "Универсальный активный фильтр" (ФРГ, пат. N 3213513, кл. H 03 H 11/04, опублик. в бюллетене "Изобретения в СССР и за рубежом" N 10, 1983), содержащее суммирующий блок и первый интегрирующий блок, охваченные отрицательной частотонезависимой обратной связью через первый аттенюатор, второй интегрирующий блок, охваченный через суммирующий блок и первый интегрирующий блок отрицательной частотонезависимой обратной связью через второй аттенюатор, причем входной сигнал подается на неинвертирующий вход суммирующего блока, а выходом фильтра является выход суммирующего блока или выход первого или второго интегрирующего блока. A device is known "Universal active filter" (Germany, Pat. N 3213513, class H 03 H 11/04, published in the bulletin "Inventions in the USSR and abroad" N 10, 1983), containing the summing unit and the first integrating unit, covered by negative frequency-independent feedback through the first attenuator, the second integrating block covered by the summing block and the first integrating block negative frequency-independent feedback through the second attenuator, the input signal being fed to the non-inverting input of the summing block, and the output as a filter is the output of the summing unit or the output of the first or second integrating unit.
Признаками этого устройства, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, являются аттенюаторы и интегрирующие блоки. The signs of this device, which coincide with the features of the proposed technical solution, are attenuators and integrating units.
Причины, препятствующие достижению технического результата, заключаются в большой зависимости частоты и добротности (затухания) полюса на высокой частоте из-за влияния площадей усиления операционных усилителей. The reasons that impede the achievement of the technical result are the great dependence of the frequency and quality factor (attenuation) of the pole at a high frequency due to the influence of the gain areas of operational amplifiers.
Известен также "Активный RC-фильтр" (СССР, А.с. N 1381689, опублик. 15.03.88, бюл. N 10), содержащий первый сумматор, выход которого через последовательно соединенные первый и второй интеграторы и первый аттенюатор подключен к первому неинвертирующему входу второго сумматора, а через второй аттенюатор подключен к второму неинвертирующему входу первого сумматора, выход второго интегратора через третий аттенюатор подключен к первому инвертирующему входу первого сумматора, выход первого интегратора через четвертый аттенюатор подключен к инвертирующему входу второго сумматора, пятый аттенюатор подключен к второму неинвертирующему входу первого сумматора, между выходом первого сумматора и его вторым инвертирующим входом, а также между выходом первого интегратора и входом пятого аттенюатора включены корректирующие элементы с передаточной функцией апериодического звена первого порядка, причем первый неинвертирующий вход первого сумматора является входом, а выход второго сумматора - выходом устройства. Also known is an "Active RC filter" (USSR, A.S. N 1381689, published. 15.03.88, bull. N 10), containing the first adder, the output of which through the first and second integrators and the first attenuator are connected in series to the first non-inverting the input of the second adder, and through the second attenuator connected to the second non-inverting input of the first adder, the output of the second integrator through the third attenuator is connected to the first inverting input of the first adder, the output of the first integrator through the fourth attenuator is connected to the inverting at the input of the second adder, the fifth attenuator is connected to the second non-inverting input of the first adder, between the output of the first adder and its second inverting input, as well as between the output of the first integrator and the input of the fifth attenuator, correction elements with the transfer function of the first-order aperiodic link are included, the first non-inverting input the first adder is the input, and the output of the second adder is the output of the device.
Признаками этого устройства, совпадающими с признаками предлагаемого технического решения, являются аттенюаторы и интеграторы. The signs of this device, which coincide with the features of the proposed technical solution, are attenuators and integrators.
Причины, препятствующие достижению технического результата, заключаются в большой чувствительности частоты и добротности на высокой частоте из-за влияния площадей усиления операционных усилителей, а также большая потребляемая мощность (в устройстве содержится шесть операционных усилителей), а также ограниченные функциональные возможности. The reasons that impede the achievement of the technical result are the high sensitivity of the frequency and the Q factor at high frequency due to the influence of the amplification areas of operational amplifiers, as well as the high power consumption (the device contains six operational amplifiers), as well as limited functionality.
Наиболее близким решением по технической сущности к предлагаемому устройству является "Универсальный фильтр второго порядка с независимо настраиваемыми характеристиками" (В кн. : Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное пособие. Пер. с нем.- М.:Мир, 1982; с.224, рис. 13.37), содержащий четыре операционных усилителя, восемь резисторов и два конденсатора, первый и второй резисторы подключены между инвертирующими входами и выходами первого и второго операционных усилителей, третий и четвертый резисторы первыми выводами подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод четвертого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя, пятый резистор первым выводом подключен к выходу четвертого операционного усилителя, шестой резистор включен между выходом первого и инвертирующим входом второго операционных усилителей, седьмой резистор включен между выходом второго и инвертирующим входом третьего операционного усилителя, восьмой резистор включен между выходом третьего и инвертирующим входом четвертого операционных усилителей, первый и второй конденсаторы подключены к инвертирующим входам и выходам третьего и четвертого операционных усилителей соответственно, при этом неинвертирующие входы операционных усилителей соединены с общей шиной, второй вывод пятого резистора - с инвертирующим входом второго операционного усилителя, а второй вывод третьего резистора является входом устройства, выходами устройства являются выходы операционных усилителей. The closest solution in technical essence to the proposed device is "Universal filter of the second order with independently adjustable characteristics" (In the book.: Titze U., Schenk K. Semiconductor circuitry: Reference manual. Translated from German.- M.: Mir, 1982 ; p.224, Fig. 13.37), containing four operational amplifiers, eight resistors and two capacitors, the first and second resistors are connected between the inverting inputs and outputs of the first and second operational amplifiers, the third and fourth resistors are connected by the first outputs to the inverting input of the first operational amplifier, the second output of the fourth resistor is connected to the output of the third operational amplifier, the fifth resistor is connected to the output of the fourth operational amplifier by the first output, the sixth resistor is connected between the output of the first and inverting input of the second operational amplifiers, the seventh resistor is connected between the output of the second and inverting the input of the third operational amplifier, the eighth resistor is connected between the output of the third and the inverting input of the fourth operational amplifier amplifiers, the first and second capacitors are connected to the inverting inputs and outputs of the third and fourth operational amplifiers, respectively, while the non-inverting inputs of the operational amplifiers are connected to a common bus, the second output of the fifth resistor is connected to the inverting input of the second operational amplifier, and the second output of the third resistor is the input of the device , device outputs are operational amplifier outputs.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является узкий частотный диапазон работы устройства из-за влияния площадей операционных усилителей. The reason that impedes the achievement of the required technical result is the narrow frequency range of the device due to the influence of the area of operational amplifiers.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение,- расширение диапазона рабочих частот. The problem to which the invention is directed is to expand the range of operating frequencies.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:
расширенный частотный диапазон работы;
расширенные функциональные возможности.The technical result that can be obtained by carrying out the invention:
extended frequency range of work;
advanced functionality.
Для достижения технического результата в перестраиваемом ARC-фильтре, содержащем четыре операционных усилителя, восемь резисторов и два конденсатора, причем первый и второй резисторы включены между инвертирующими входами и выходами первого и второго операционных усилителей соответственно, третий и четвертый резисторы первыми выводами подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод четвертого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя, пятый резистор первым выводом подключен к выходу четвертого операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине, а выходом фильтра является один из выходов операционных усилителей; дополнительно введены первая и вторая цифроуправляемые проводимости, включенные соответственно между выходом второго и неинвертирующим входом третьего операционных усилителей и между выходом третьего и неинвертирующим входом четвертого операционных усилителей, при этом первый вывод четвертого резистора соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, второй вывод пятого резистора соединен с вторым выводом третьего и с первыми выводами шестого и седьмого резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с общей шиной, восьмой резистор первым выводом соединен с выходом четвертого операционного усилителя, а вторым выводом - с инвертирующими входами второго и четвертого операционных усилителей, первый конденсатор включен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а второй конденсатор включен между выходом второго операционного усилителя и неинвертирующими входами первого и четвертого операционных усилителей, второй вывод шестого резистора является первым входом фильтра. To achieve a technical result in a tunable ARC filter containing four operational amplifiers, eight resistors and two capacitors, the first and second resistors connected between the inverting inputs and outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the third and fourth resistors are connected to the inverting input of the first operational amplifier, the second output of the fourth resistor is connected to the output of the third operational amplifier, the fifth resistor is connected to the output by the first output to the fourth operational amplifier, the non-inverting input of the second operational amplifier is connected to a common bus, and the output of the filter is one of the outputs of the operational amplifiers; additionally introduced the first and second digitally controlled conductances included respectively between the output of the second and non-inverting inputs of the third operational amplifiers and between the outputs of the third and non-inverting inputs of the fourth operational amplifiers, the first output of the fourth resistor connected to the inverting input of the third operational amplifier, the second output of the fifth resistor connected to the second terminal of the third and with the first terminals of the sixth and seventh resistors, the second terminal of the seventh resistor is connected to the common th bus, the eighth resistor is connected to the output of the fourth operational amplifier by the first output and the second output to the inverting inputs of the second and fourth operational amplifiers, the first capacitor is connected between the output of the first operational amplifier and the non-inverting input of the third operational amplifier, and the second capacitor is connected between the output of the second operational amplifier and non-inverting inputs of the first and fourth operational amplifiers, the second output of the sixth resistor is the first input of the filter.
Для достижения технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей (за счет реализации входов фильтров НЧ, ВЧ, полосовых и режекторных с инверсией фазы и без инверсии фазы), введены девятый и десятый резисторы, причем девятый резистор подключен первым выводом к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а второй является вторым входом фильтра, десятый резистор подключен первым выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а второй является третьим входом фильтра. To achieve a technical result, which is to expand the functionality (due to the implementation of the inputs of the lowpass, highpass, bandpass and notch filters with phase inversion and without phase inversion), the ninth and tenth resistors are introduced, and the ninth resistor is connected by the first output to the inverting input of the first operational amplifier and the second is the second input of the filter, the tenth resistor is connected by the first output to the inverting input of the second operational amplifier, and the second is the third input of the filter.
Для достижения технического результата, заключающегося в увеличении стабильности добротности, неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя через резистивный делитель напряжения, состоящий из одиннадцатого и двенадцатого резисторов, причем первый вывод одиннадцатого резистора подключен к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя, а второй - к первому выводу двенадцатого резистора и к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, второй вывод двенадцатого резистора подключен к общей шине. Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами:
достигается расширение частотного диапазона работы устройства за счет введения новых связей между элементами, благодаря чему реализуется у предлагаемого устройства большая частота полюса по сравнению с устройством-прототипом при прочих равных условиях, или параметры полюсов меньше отклоняются от расчетного значения, что особенно важно для перестраиваемых фильтров;
достигается расширение функциональных возможностей данного технического решения за счет введения дополнительных резисторов и дополнительных входов, что позволяет реализовать устройством различные типы фильтров (ФНЧ, ФВЧ, ПФ и РФ) с независимо настраиваемыми параметрами: частоты и добротности полюса, масштабного коэффициента передачи, а также осуществить дополнительно инверсию сигнала;
обеспечивается повышение стабильности добротности полюса за счет введения дополнительного резистивного делителя напряжения, выбором коэффициента передачи которого достигается практически полная компенсация влияния площадей усиления операционных усилителей на затухание полюса.To achieve a technical result, which consists in increasing the stability of the quality factor, the non-inverting input of the fourth operational amplifier is connected to the non-inverting input of the first operational amplifier through a resistive voltage divider consisting of the eleventh and twelfth resistors, the first output of the eleventh resistor connected to the non-inverting input of the fourth operational amplifier, and the second - to the first output of the twelfth resistor and to the non-inverting input of the first operational gain I, the second terminal of the twelfth resistor connected to a common bus. The possibility of achieving a technical result is due to the following conclusions:
the expansion of the frequency range of the device’s work is achieved by introducing new connections between the elements, due to which the proposed device has a higher pole frequency compared to the prototype device, ceteris paribus, or the pole parameters deviate less from the calculated value, which is especially important for tunable filters;
the expansion of the functionality of this technical solution is achieved by introducing additional resistors and additional inputs, which allows the device to implement various types of filters (low-pass filter, high-pass filter, PF and RF) with independently adjustable parameters: frequency and quality factor of the pole, scale transfer coefficient, as well as additionally signal inversion;
the stability of the Q factor of the pole is improved by introducing an additional resistive voltage divider, the choice of the transmission coefficient of which ensures almost complete compensation of the influence of the gain areas of operational amplifiers on the pole attenuation.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью осуществленных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом приведено при рассмотрении работы перестраиваемого ARC-фильтра. The presence of a causal relationship between the totality of the implemented features of the invention and the achieved technical result is given when considering the operation of a tunable ARC filter.
На фиг.1 приведена функциональная схема перестраиваемого ARC-фильтра; на фиг.2-схема делителя напряжения; на фиг.3-принципиальная схема и ее сигнальный граф; на фиг.4- принципиальная схема устройства прототипа и ее сигнальный граф. Figure 1 shows a functional diagram of a tunable ARC filter; figure 2-diagram of the voltage divider; figure 3-circuit diagram and its signal graph; figure 4 is a schematic diagram of the device of the prototype and its signal graph.
Перестраиваемый ARC-фильтр содержит (см. фиг.1) первый 1 и второй 2 резисторы, первый 3 и второй 4 операционные усилители, третий 5 и четвертый 6 резисторы, третий операционный усилитель 7, пятый 8, шестой 9, седьмой 10 и восьмой 11 резисторы, четвертый операционный усилитель 12, первый 13 и второй 14 конденсаторы, первую 15 и вторую 16 цифроуправляемые проводимости, девятый 17, десятый 18, (одиннадцатый 19 и двенадцатый 20 резисторы (на фиг. 2)). The tunable ARC filter contains (see FIG. 1) the first 1 and second 2 resistors, the first 3 and second 4 operational amplifiers, the third 5 and fourth 6 resistors, the third
Перестраиваемый ARC-фильтр содержит первый 1 и второй 2 резисторы, которые подключены между инвертирующими входами и выходами первого 3 и второго 4 операционных усилителей соответственно, третий 5 и четвертый 6 резисторы первыми выводами подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя 3, второй вывод четвертого резистора подключен к выходу третьего операционного усилителя 7, пятый резистор 8 первым выводом подключен к выходу четвертого операционного усилителя 12, неинвертирующий вход второго операционного усилителя 4 подключен к общей шине, а выходом фильтра является один из выходов операционных усилителей 3, 4, 7 или 12, первый конденсатор 13 включен между выходом первого операционного усилителя 3 и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 7, а второй конденсатор 14 включен между выходом второго операционного усилителя 4 и неинвертирующими входами первого 3 и четвертого 12 операционных усилителей, первую 15 и вторую 16 цифроуправляемые проводимости, включенные соответственно между выходом второго 4 и неинвертирующим входом третьего 4 и неинвертирующим входом третьего 7 операционных усилителей и между выходом третьего 7 и неинвертирующим входом четвертого 12 операционных усилителей, при этом первый вывод четвертого резистора 6 соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 7, второй вывод пятого резистора 8 соединен с вторым выводом третьего 5 и с первыми выводами шестого 9 и седьмого 10 резисторов, второй вывод седьмого резистора 10 соединен с общей шиной, восьмой резистор 11 первым выводом соединен с выходом четвертого операционного усилителя 12, а вторым выводом - с инвертирующим входом второго 4 и четвертого 12 операционных усилителей, второй вывод шестого резистора 9 подключен к первому входу устройства; первый вывод девятого резистора 17 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 3, а второй вывод девятого резистора 17 подключен к второму входу устройства, первый вывод десятого резистора 18 соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя 4, а второй вывод десятого резистора 18 подключен к третьему входу устройства. The tunable ARC filter contains the first 1 and second 2 resistors that are connected between the inverting inputs and outputs of the first 3 and second 4 operational amplifiers, respectively, the third 5 and fourth 6 resistors are connected by the first conclusions to the inverting input of the first
Для увеличения стабильности, добротности между неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя 12 и неинвертирующим входом первого операционного усилителя 3 включен делитель напряжения, состоящий из одиннадцатого 19 и двенадцатого 20 резисторов, первые выводы которых соединены с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 3, а вторые выводы одиннадцатого 19 и двенадцатого 20 резисторов подключены соответственно к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя 12 и к общей шине. To increase stability, quality factor between the non-inverting input of the fourth
Работает перестраиваемый ARC-фильтр следующим образом. The tunable ARC filter works as follows.
Входной гармонический сигнал подается на один из входов устройства, проходит через него и поступает на выходы перестраиваемого ARC-фильтра. An input harmonic signal is supplied to one of the inputs of the device, passes through it, and enters the outputs of the tunable ARC filter.
В результате перестраиваемым ARC-фильтром реализуется передаточная функция
где Fij(p) - передаточная функция с i-го входа на j-й выход;
Mij - масштабный коэффициент передачи с i-то входа на j-й выход;
Aij - числитель передаточной функции с i-го входа на j-й выход;
B(p) - знаменатель передаточных функций.As a result, the tunable ARC filter implements the transfer function
where F ij (p) is the transfer function from the i-th input to the j-th output;
M ij is the scaled transmission coefficient from the i-th input to the j-th output;
A ij is the numerator of the transfer function from the i-th input to the j-th output;
B (p) is the denominator of the transfer functions.
Для анализа свойств перестраиваемого ARC-фильтра использован метод графов. Граф схемы перестраиваемого ARC-фильтра (см. фиг.3б, где цифрами с индексами "+" или "-" обозначены неинвертиующие или инвертирующие входы OY, а цифрами без индексов - их выходы; μ3, μ4, μ7 и μ12 - коэффициенты усиления соответственно первого 3, второго 4, третьего 7 и четвертого 12 операционных усилителей; R1, R2, R5, R6, R8, R9, R10 и R11 - сопротивления первого 1, второго 2, третьего 5, четвертого 6, пятого 8, шестого 9, седьмого 10 и восьмого 11 резисторов; C13 и C14 - емкости первого 13 и второго 14 конденсаторов; τ1 =R15C13; τ2 = R16C14- постоянные времени RC-цепей; R15 и R16- эквивалентные сопротивления цифроуправляемых проводимостей 15 и 16 соответственно;
- коэффициенты передач резистивных делителей напряжения).To analyze the properties of a tunable ARC filter, the graph method was used. A graph of a tunable ARC filter circuit (see FIG. 3b, where the numbers with indices "+" or "-" indicate non-inverting or inverting inputs OY, and the numbers without indices indicate their outputs; μ 3 , μ 4 , μ 7 and μ 12 - gains respectively of the first 3, second 4, third 7 and fourth 12 operational amplifiers; R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 8 , R 9 , R 10 and R 11 - resistance of the first 1, second 2, third 5, fourth 6, fifth 8, sixth 9, seventh 10 and eighth 11 resistors; C 13 and C 14 - capacitances of the first 13 and second 14 capacitors; τ 1 = R 15 C 13 ; τ 2 = R 16 C 14 - time constants RC-circuits; R 15 and R 16 - tsifroupravlyaemyh conductivities are equivalent resistance 15 and 16, respectively;
- gear ratios of resistive voltage dividers).
Так как основные свойства перестраиваемого ARC-фильтра заключаются в свойствах полюсов передаточной функции, то определим их параметры. Для этого запишем по формуле Мэзона выражение знаменателя функции:
.Since the main properties of the tunable ARC filter are the properties of the poles of the transfer function, we define their parameters. To do this, we write the expression for the denominator of the function according to the Mason formula:
.
Умножая на множитель
и пренебрегая членами второго и более высоких порядков малости (т.е. пропорциональных ) после алгебраических преобразований, а также заменяя , где Пi - площадь усиления i-го операционного усилителя, получим
.Multiplying by a factor
and neglecting the terms of the second and higher orders of smallness (i.e., proportional ) after algebraic transformations, and also replacing where P i is the gain area of the i-th operational amplifier, we obtain
.
При Пi → ∞ получаем выражения для знаменателя передаточной функции перестраиваемого ARC-фильтра с идеальными OY
.As П i → ∞, we obtain the expressions for the denominator of the transfer function of the tunable ARC filter with ideal OY
.
Откуда находим идеализированные параметры полюсов
частота полюса
затухание полюса
;
Qp - добротность полюса.Where do we find idealized pole parameters
pole frequency
pole attenuation
;
Q p is the quality factor of the pole.
Так как отклонение идеализированных полюсов обычно меняются вблизи частот полюса, где чувствительность АЧХ фильтра имеет максимальное значение, то справедливо равенство p2= -ω
.Since the deviation of idealized poles usually varies near the frequency of the pole, where the sensitivity of the frequency response of the filter has a maximum value, the equality p 2 = -ω
.
Из последнего соотношения находим относительные изменения параметров полюсов
.From the last relation we find the relative changes in the parameters of the poles
.
Проводя аналогичный анализ схемы устройства-прототипа, граф которой приведен на фиг. 4, получим
.Carrying out a similar analysis of the circuit of the prototype device, the graph of which is shown in FIG. 4, we get
.
Из соотношений (9) и (10) для предлагаемого устройства при τ1= τ2 Qp=10 (при этом k1=k3=0,45; β = 0,045 ); γ = 1 ; R6/R1=1; R11/R12=1; П3=П4=П7=П12= П получим
.From relations (9) and (10) for the proposed device with τ 1 = τ 2 Q p = 10 (in this case, k 1 = k 3 = 0.45; β = 0.045); γ = 1; R 6 / R 1 = 1; R 11 / R 12 = 1; P 3 = P 4 = P 7 = P 12 = P we get
.
При аналогичных соотношениях между элементами и параметрами для схемы устройства-прототипа при τ1= τ2 Qp=10 (при этом R2/R5=1; R2/R6=0,1; R1/R3= R1/R4=1) П1=П2=П3=П4=П из выражений (11) и (12) получим
Из сопоставления выражений (13) и (14) следует, что отклонение частоты из-за влияния площади усиления ОУ у предлагаемого устройства в 1,7 раза, а отклонение затухания полюса в 25 раз меньше, чем у прототипа, и, следовательно, во столько же раз повышается стабильность параметров, или при одинаковой стабильности во столько же раз расширяется диапазон рабочих частот.With similar ratios between the elements and parameters for the circuit of the prototype device at τ 1 = τ 2 Q p = 10 (with R 2 / R 5 = 1; R 2 / R 6 = 0.1; R 1 / R 3 = R 1 / R 4 = 1) P 1 = P 2 = P 3 = P 4 = P from expressions (11) and (12) we obtain
From a comparison of expressions (13) and (14), it follows that the frequency deviation due to the influence of the gain area of the op amp of the proposed device is 1.7 times, and the deviation of the pole attenuation is 25 times less than that of the prototype, and therefore the same time the stability of the parameters increases, or with the same stability, the range of operating frequencies is expanded by the same amount.
Для повышения стабильности затухания полюса между инвертирующими входами четвертого операционного усилителя 12 и третьего операционного усилителя 3 включен делитель напряжения (фиг.2), состоящий из резисторов 19 и 20 и позволяющий изменять величину γ до выполнения условия δdp(П) = 0 т.е.
Откуда, при указанных выше соотношениях между элементами, находим
γ ≈ 0,9.
Таким образом, при полученном значении γ затухание полюса практически не зависит от площади усиления и имеет максимальную стабильность. Однако, чтобы при введении делителя не изменялись идеализированные параметры перестраиваемого ARC-фильтра, необходимо выполнение условия: R20>>R16, которое на практике легко реализуется.To increase the stability of the pole attenuation between the inverting inputs of the fourth
Where, with the above ratios between the elements, we find
γ ≈ 0.9.
Thus, at the obtained value of γ, the pole attenuation is practically independent of the gain area and has maximum stability. However, to prevent the idealized parameters of the tunable ARC filter from changing when introducing the divider, the following conditions must be met: R 20 >> R 16 , which is easily implemented in practice.
Выражения для числителей передаточных функций (1) перестраиваемого ARC-фильтра с i-то входа на j-й выход получены по формуле Мэзона из графа схемы фиг.3, приведены в табл. 1. The expressions for the numerators of the transfer functions (1) of the tunable ARC filter from the i-th input to the j-th output are obtained according to the Mason formula from the graph of the diagram of Fig. 3, are given in table. one.
Как видно из табл. 1, перестраиваемым ARC-фильтром реализуются с соответствующих входов на соответствующие выходы передаточные функции фильтров нижних и верхних частот, а также полосовых и режекторных фильтров с инверсией фазы (знак "-") и без инверсии (знак "+"). Наличие одних и тех же функций с инверсией и без инверсии позволяет конструировать фильтры высокого порядка с многопетлевой обратной связью, не используя дополнительные ОУ, выполняющие обычно роль инверторов. As can be seen from the table. 1, a tunable ARC filter implements from the corresponding inputs to the corresponding outputs the transfer functions of low and high frequency filters, as well as band and notch filters with phase inversion (“-” sign) and without inversion (“+” sign). The presence of the same functions with and without inversion allows the construction of high-order filters with multi-loop feedback without using additional op-amps, which usually play the role of inverters.
Выражения для масштабных множителей функции передачи (1) приведены в табл. 2. The expressions for the scale factors of the transfer function (1) are given in table. 2.
Для перестройки частоты полюса используются цифроуправляемые проводимости, имеющие эквивалентные сопротивления R15 и R16. Цифроуправляемые проводимости представляют собой набор резисторов и электронных ключей, на управляющие электроды которых подаются цифровые коды. Замыкаясь, электронные ключи изменяют постоянные времени τ1 и τ2, это приводит к изменению частоты полюса и соответственно к перестройке фильтра.To adjust the frequency of the pole, digital-controlled conductivities having equivalent resistances R 15 and R 16 are used . Digitally-controlled conductivities are a set of resistors and electronic keys, on the control electrodes of which digital codes are supplied. Closing, the electronic keys change the time constants τ 1 and τ 2 , this leads to a change in the frequency of the pole and, accordingly, to the rearrangement of the filter.
В неперестраиваемом варианте устройства цифроуправляемые проводимости могут быть замены на постоянные резисторы. In a non-reconfigurable version of the device, the digitally-controlled conductivity can be replaced with constant resistors.
Таким образом, за счет введения новых элементов и связей между ними достигнуто увеличение стабильности частоты и затухания полюса, а также расширены функциональные возможности ARC-фильтра по сравнению с прототипом. Thus, due to the introduction of new elements and the relationships between them, an increase in the frequency stability and pole attenuation was achieved, and the functionality of the ARC filter was expanded compared to the prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108962A RU2110140C1 (en) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | Adjustable arc filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95108962A RU2110140C1 (en) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | Adjustable arc filter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95108962A RU95108962A (en) | 1997-05-10 |
RU2110140C1 true RU2110140C1 (en) | 1998-04-27 |
Family
ID=20168371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95108962A RU2110140C1 (en) | 1995-06-05 | 1995-06-05 | Adjustable arc filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2110140C1 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517323C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Tunable band-pass arc-filter |
RU2656728C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-filter of bottom frequencies with an independent setting of main parameters |
RU2701038C1 (en) * | 2019-02-27 | 2019-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters |
RU2748609C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order low-frequency filter |
RU2748608C1 (en) * | 2020-12-10 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order notch filter |
RU2748607C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order wideband bandpass active rc filter with differential input and paraphase output |
RU2749400C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order notch filter |
RU2749605C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order broadband bandpass filter |
RU2752254C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth order band filter |
RU2754924C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth order rotary filter |
RU2760871C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-12-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order bandpass filter |
RU2760930C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-12-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order band elimination filter |
RU2782958C1 (en) * | 2022-03-03 | 2022-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Rejector filter of the sallen-key family based on a multi-differential operational amplifier |
-
1995
- 1995-06-05 RU RU95108962A patent/RU2110140C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1983, с. 224, рис. 13.37. * |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517323C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-05-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Tunable band-pass arc-filter |
RU2656728C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-filter of bottom frequencies with an independent setting of main parameters |
RU2701038C1 (en) * | 2019-02-27 | 2019-09-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters |
RU2748609C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order low-frequency filter |
RU2749400C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order notch filter |
RU2749605C1 (en) * | 2020-12-08 | 2021-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order broadband bandpass filter |
RU2748608C1 (en) * | 2020-12-10 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order notch filter |
RU2748607C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order wideband bandpass active rc filter with differential input and paraphase output |
RU2752254C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-07-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth order band filter |
RU2754924C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth order rotary filter |
RU2760871C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-12-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order bandpass filter |
RU2760930C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-12-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) | Fourth-order band elimination filter |
RU2782958C1 (en) * | 2022-03-03 | 2022-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Rejector filter of the sallen-key family based on a multi-differential operational amplifier |
RU2783043C1 (en) * | 2022-03-03 | 2022-11-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Active rc-high frequency filter of the sallen-key family based on voltage followers |
RU2788180C1 (en) * | 2022-09-01 | 2023-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Rlc band-pass filter on voltage followers |
RU2786944C1 (en) * | 2022-09-29 | 2022-12-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Active sallen-key class rc filter with tunable band |
RU2788186C1 (en) * | 2022-09-29 | 2023-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Sallen-key subclass active rc high pass filter based on voltage followers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95108962A (en) | 1997-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2110140C1 (en) | Adjustable arc filter | |
EP0134221B1 (en) | Tunable active filter | |
US6271720B1 (en) | Operational filter building block | |
US6271719B1 (en) | Operational filter building block | |
Schaumann | Low-sensitivity high-frequency tunable active filter without external capacitors | |
US4590417A (en) | Voltage controlled diode attenuator | |
Lunca et al. | Programmable active filters based on digital potentiometers | |
Koukiou et al. | Modular filter structures using current feedback operational amplifiers | |
RU2694134C1 (en) | Band pass arc-filter on two operational amplifiers with increase in pole frequency and independent adjustment of main parameters | |
US3895309A (en) | Sub networks for filter ladder networks | |
US3408590A (en) | Active hybrid filter using frequency emphasizing and attenuating networks | |
RU2149499C1 (en) | Universal active rc filter | |
RU2095938C1 (en) | Analog low-pass filter | |
EP0208433A2 (en) | Response-gain independent amplifier | |
Lata et al. | Cascadable current-mode biquads | |
RU2063657C1 (en) | N-order band-pass filter | |
RU2040853C1 (en) | Program arc-filter | |
RU2169430C1 (en) | Programmable arc filter | |
JPH051133Y2 (en) | ||
RU2019025C1 (en) | Active rc filter | |
RU2517323C1 (en) | Tunable band-pass arc-filter | |
RU2688237C1 (en) | Band-pass arc filter on two operational amplifiers with frequency reduction of pole and independent adjustment of main parameters | |
RU2242840C1 (en) | Active third-order low-pass filter | |
CA1106005A (en) | Negative impedance converters | |
RU207908U1 (en) | Tunable active RC notch filter for electrophysiological signals |