RU2388140C2 - Активный фильтр верхних частот четвертого порядка - Google Patents
Активный фильтр верхних частот четвертого порядка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388140C2 RU2388140C2 RU2008109559/09A RU2008109559A RU2388140C2 RU 2388140 C2 RU2388140 C2 RU 2388140C2 RU 2008109559/09 A RU2008109559/09 A RU 2008109559/09A RU 2008109559 A RU2008109559 A RU 2008109559A RU 2388140 C2 RU2388140 C2 RU 2388140C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- output
- resistor
- filter
- capacitors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в каналообразующей аппаратуре для реализации фильтрового оборудования с высокими показателями: избирательности, динамического и частотного диапазонов. Технический результат: уменьшение значений чувствительности передаточной функции к отклонению параметров усилителей, что приведет к увеличению динамического и частотного диапазонов фильтра. Сущность изобретения состоит в подключении первого усилителя между CR-мостом четвертого порядка и входом второго усилителя, а также в организации обратных связей: выход первого усилителя через шестой резистор, а выход второго усилителя через шестой конденсатор включен в общую точку первого и второго конденсаторов и первого резистора моста; выход первого усилителя через пятый конденсатор подключен ко второму зажиму четвертого резистора моста; точка соединения пятого конденсатора и четвертого резистора через пятый резистор подключена к выходу фильтра, к которому подключены вторые выводы первого, второго и третьего резисторов моста. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в электрических фильтрах высоких порядков, реализующих высокую крутизну ската частотной характеристики и имеющих большой динамический и частотный диапазоны.
Близким по сущности является устройство (Демин А.А., Маркин В.В, Масленников В.В., Сироткин А.П. Активные избирательные устройства радиоаппаратуры. / Под ред. Масленникова В.В. М., Радио и связь, 1987, 216 с.). Прототипом к заявляемому устройству предлагается часть фильтра (Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей в линейных ИС. М.: Мир, 1985, с.223, рис.8.24), составленного из трех каскадов, каждый из которых реализует фильтр верхних частот второго порядка. Часть фильтра, то есть последовательно подключенных два звена второго порядка, содержит четыре резистора, четыре конденсатора и два усилителя. Недостаток прототипа: низкий динамический диапазон из-за большого уровня шумов, а также нелинейных искажений в фильтре четвертого порядка из-за высокой чувствительности характеристик фильтра к отклонению параметров активных элементов.
Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в увеличении динамического и частотного диапазонов активных RC-фильтров.
Технический результат достигается тем, что устройство, содержащее первый усилитель, второй усилитель, выход которого является выходом фильтра, а также последовательно соединенные вход фильтра, первый и второй конденсаторы, третий и четвертый конденсаторы, при этом ко второму выводу первого, второго, третьего, четвертого конденсаторов, в соответствии с их номером, подключен одним выводом первый, второй, третий, четвертый резисторы, пятый резистор одним выводом подключен к выходу фильтра; шестой резистор общую точку соединения первого, второго конденсаторов и первого резистора соединяет с выходом первого усилителя, отличается тем, что последовательно соединены второй и третий конденсаторы, при этом первый, второй, третий, четвертый конденсаторы и первый, второй, третий, четвертый резисторы образуют RC-мост четвертого порядка, первый усилитель подключен входом к общей точке соединения четвертого резистора и четвертого конденсатора, а своим выходом - к общей точке соединения входа второго усилителя и первого вывода дополнительного пятого конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения вторых выводов четвертого и пятого резисторов, к выходу фильтра подключены вторые выводы первого, второго и третьего резисторов, а через дополнительный шестой конденсатор - общая точка соединения первого и второго конденсаторов и первого резистора.
Сущность изобретения состоит в том, что за счет распределения усиления в схеме и требуемой организации обратных связей обеспечивается снижение чувствительностей передаточной функции активного RC-фильтра четвертого порядка к отклонениям параметра активных элементов. Что позволяет, по сравнению с прототипом, реализовать фильтры, имеющие большой динамический и частотный диапазоны при высокой крутизне ската частотной характеристики.
Передаточная функция предлагаемого фильтра - фильтра высоких частот четвертого порядка (фиг.1) может быть записана как
где: f0(p)=ΣPKΔК - сумма передач прямых путей с входа фильтра на вход первого усилителя;
f1(p)=ΣPiΔi - сумма передач путей обратной связи первого усилителя;
f2(p)=ΣPmΔm - сумма передач путей обратной связи с выхода второго усилителя на вход первого усилителя;
K1 и K2 - коэффициенты усиления первого и второго усилителей;
Δ(p) - определитель пассивной RC-цепи и p-оператор Лапласа.
Динамический и частотный диапазоны активной RС-цепи связаны с величинами чувствительности передаточной функции к отклонениям параметров активных элементов соответственно следующими соотношениями:
где: ωp, Q, П, δω - резонансная частота, добротность, площадь усиления и относительная частотная нестабильность (δω=Δωp/ωp) ARC-цепи соответственно; D - динамический диапазон ARC-цепи; DA - динамический диапазон усилителя; в свою очередь, - есть чувствительность комплексной передаточной функции к отклонению коэффициента усиления i-го усилителя, а Ki - коэффициент усиления i-го усилителя.
Модули величин L1 и L2 для предлагаемого фильтра определяются на основе передаточной функции (1) как
В числитель выражения (5) входят два слагаемых с различными знаками, что позволяет уменьшить числитель до сколь угодно малой величины, а следовательно, уменьшить L2. Уменьшение величины L1 связано с распределением усиления. Так, если обеспечить K2>>K1, то вполне возможно уменьшить L1 до малой величины. Следовательно, с целью обеспечения оптимальных значений L1 целесообразно выполнить равенство
Анализ функций активных чувствительностей в схемах аналога и прототипа (фиг.2) показал, что в них может происходить только перераспределение величин L1 и L2 между звеньями, охваченными обратной связью. Величина L в таких схемах становится меньше, чем у каскадной реализации на оптимальных звеньях второго порядка, но превышает Q (Li>Q) и в случае предельного значения затухания (q) в схеме, равного 1/3, примет значения L1=L2≈Q/q=3·Q, тогда Lпротот.=
При использовании операционного усилителя типа 544УД2 (с динамическим диапазоном в 120 дБ) динамический диапазон заявляемого фильтра будет равен а аналога и прототипа - и при добротности полюса Q=2,3 будет на 40 дБ меньше.
Частотной диапазон заявляемого фильтра (2) будет больше, чем у аналога и прототипа, в раз (для фильтров с высокой крутизной характеристики избирательности Q>1).
Таким образом, при включении последовательно за CR-мостом четвертого порядка двух усилителей и организации обратных связей: выходы первого и второго усилителей соединены с точкой включения первого, второго конденсаторов и первого резистора CR-моста соответственно через шестые по номеру резистор и конденсатор; выход первого усилителя через пятый конденсатор подключен ко второму зажиму четвертого резистора моста; их точка соединения (пятого конденсатора и четвертого резистора моста) через пятый резистор подключена к выходу второго усилителя, к которому подключены вторые выводы первого, второго и третьего резисторов CR-моста, происходит увеличение динамического и частотного диапазонов фильтра.
Положительным дополнительным эффектом является повышение стабильности частотных характеристик, технологичности массового производства активных RC-фильтров за счет снижения чувствительности передаточной функции к отклонению параметров активных элементов.
Работа устройства описывается ее передаточной функцией
где g1, g2, g3, g4, g5, g6 и с1, c2, c3, c4, c5, c6 - нормированные значения проводимости резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 и конденсаторов С1, С2, С3, С4, С5, С6 соответственно, при выполнении условий:
Пусть необходимо реализовать фильтр верхних частот четвертого порядка с аппроксимацией по Чебышеву и неравномерностью АЧХ в полосе пропускания 1 дБ. В этом случае необходимо, чтобы знаменатель передаточной функции такого фильтра был равен следующему полиному:
(коэффициенты полинома рассчитываются по табличным значениям полюсов соответствующего полинома Чебышева).
Обеспечение высоких качественных показателей звена возможно только при условии баланса моста (8) четвертого порядка в схеме и выполнения условия (6), учет которых необходим для разрешения относительно неизвестных системы уравнений, получаемой из равенств коэффициентов полинома в (9) и в передаточной функции (7) при одинаковых степенях оператора p.
С учетом изложенного определены нормированные значения элементов схемы: с1=0,38, с2=0.37, с3=0.15, с4=3,2, с5=13.25, с6=0.38, g1=1.22, g2=3.22, g3=1.0, g4=0.33, g5=8.33, g6=0.5, m=3, z=4 и рассчитаны: среднеквадратичные значения чувствительности (фиг.3), а для аналога, имеющего лучше показатели чувствительности, чем у прототипа, кривые приведены в фиг.4.
На частоте среза фильтр, представляемый авторами, имеет L1≈0,5 и L2=1,1, а аналог - L1≈6,0 и L2=11,8, следовательно, величина примерно в 13 раз больше у прототипа. Частотный диапазон в 13 раз, а динамический диапазон более чем на 40 дБ будет меньше, чем у заявляемого фильтра.
Полученный фильтр отличается тем, что значения коэффициентов полинома знаменателя передаточной функции (7) определяются параметрами почти всех элементов схемы, поэтому изменение любого параметра элемента ведет к одновременному изменению всех коэффициентов передаточной функции. Следовательно, схема отличается простотой и доступностью к оптимизации.
Возможность достижения положительного эффекта от использования данного изобретения состоит в повышении технологичности массового производства фильтров с высокой избирательностью характеристик с увеличенными динамическим и частотным диапазонами в ARC-базисе.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, где обозначено: 1 - вход активного фильтра четвертого порядка; С1 - первый, С2 - второй; С3 - третий; С4 - четвертый; С5 - пятый, С6 - шестой конденсаторы, R1 - первый, R2 - второй; R3 - третий; R4 - четвертый; R5 - пятый, R6 - шестой резисторы, К1 - первый и К2 - второй усилители; 2 - выход активного RC-фильтра четвертого порядка; 3 или (и) 4 - корпус.
Входом фильтра 1 относительно корпуса 3 является левый вывод последовательно соединенных CR-моста четвертого порядка (первый С1, второй С2, третий С3, четвертый С4 конденсаторы и первый R1, второй R2, третий R3, четвертый R4 резисторы), первого К1 и второго К2 усилителей, выход последнего является выходом фильтра 2 относительно корпуса 4; вторые выводы первого R1, второго R2 и третьего R3 резисторов моста соединены с выходом фильтра 2; второй вывод четвертого резистора R4 через пятый конденсатор С5 подключен к выходу первого усилителя К1, а через пятый резистор R5 - к выходу фильтра 2; выходы первого К1 и второго К2 усилителей соединены к точке включения первого С1, второго С2 конденсаторов и первого резистора R1 моста соответственно через шестой резистор R6 и шестой конденсатор С6.
Claims (1)
- Активный фильтр верхних частот четвертого порядка, содержащий первый усилитель, второй усилитель, выход которого является выходом фильтра, а также последовательно соединенные вход фильтра, первый и второй конденсаторы, третий и четвертый конденсаторы, при этом ко второму выводу первого, второго, третьего, четвертого конденсаторов в соответствии с их номером подключен одним выводом первый, второй, третий, четвертый резисторы, пятый резистор одним выводом подключен к выходу фильтра; шестой резистор общую точку соединения первого, второго конденсаторов и первого резистора соединяет с выходом первого усилителя, отличающийся тем, что последовательно соединены второй и третий конденсаторы, при этом первый, второй, третий, четвертый конденсаторы и первый, второй, третий, четвертый резисторы образуют CR-мост четвертого порядка, первый усилитель подключен входом к общей точке соединения четвертого резистора и четвертого конденсатора, а своим выходом - к общей точке соединения входа второго усилителя и первого вывода дополнительного пятого конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения вторых выводов четвертого и пятого резисторов, к выходу фильтра подключены вторые выводы первого, второго и третьего резисторов, а через дополнительный шестой конденсатор - общая точка соединения первого и второго конденсаторов и первого резистора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109559/09A RU2388140C2 (ru) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | Активный фильтр верхних частот четвертого порядка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109559/09A RU2388140C2 (ru) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | Активный фильтр верхних частот четвертого порядка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008109559A RU2008109559A (ru) | 2009-10-10 |
RU2388140C2 true RU2388140C2 (ru) | 2010-04-27 |
Family
ID=41260103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008109559/09A RU2388140C2 (ru) | 2008-03-12 | 2008-03-12 | Активный фильтр верхних частот четвертого порядка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388140C2 (ru) |
-
2008
- 2008-03-12 RU RU2008109559/09A patent/RU2388140C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ФОЛКЕНБЕРРИ Л. Применения операционных усилителей в линейных ИС. - М.: Мир, 1985, с.223, рис.8.24. * |
ЩЕРБАКОВ В.И. и др. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник. - Киев: Техника, 1983, с.58, 59. ДЁМИН А.А. и др. Активные избирательные устройства радиоаппаратуры. Под ред. В.В.Масленникова. - М.: Радио и связь, 1987. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008109559A (ru) | 2009-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9148183B2 (en) | Optimal low power complex filter | |
EP2874313B1 (en) | Analog active low-pass filters | |
Sotner et al. | Reconnection-less OTA-based biquad filter with electronically reconfigurable transfers | |
JP5155161B2 (ja) | 可変容量回路 | |
Jerabek et al. | Fully-differential current amplifier and its application to universal and adjustable filter | |
Paul et al. | Realization of inverse active filters using single current differencing buffered amplifier | |
Pantoli et al. | Low voltage high-order agile active filter for microwave applications | |
US9124251B2 (en) | Two stage source-follower based filter | |
RU2388140C2 (ru) | Активный фильтр верхних частот четвертого порядка | |
RU2694135C1 (ru) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров | |
RU2341891C2 (ru) | Активный фильтр нижних частот четвертого порядка с нулем передачи | |
Souliotis et al. | Current‐mode filters based on current mirror arrays | |
RU2277756C1 (ru) | Активный фильтр нижних частот четвертого порядка | |
Hollman et al. | A 2.7 V CMOS dual-mode baseband filter for GSM and WCDMA | |
CN112350690A (zh) | 基于开关电容和有源容阻上变频的高阶n路带通滤波器 | |
RU2242840C1 (ru) | Активный фильтр нижних частот третьего порядка | |
Langhammer et al. | Reconnection-Less Reconfigurable Filter Based on Method of Unknown Nodal Voltages Using 4× 4 Matrix | |
CN114337603B (zh) | 一种基于ota-c的四阶电流式椭圆滤波器结构 | |
Denisenko et al. | Active Fourth-Order Band-Pass RC-filter with Independent Control of Bandwidth and Irregularity of Frequency Response | |
RU2749400C1 (ru) | Режекторный фильтр четвертого порядка | |
Shah et al. | A MISO electronically tunable log-domain universal biquad with digital programmability | |
Langhammer et al. | Fully-differential universal frequency filter with dual-parameter control of the pole frequency and quality factor | |
Sotner et al. | Z-copy voltage controlled current follower differential input transconductance amplifier in controllable biquadratic band-pass filter | |
Yin et al. | Grounded-inductor employing Multi-output Current Controlled Conveyors | |
Langhammer et al. | Tunable fully-differential filter employing MOTA and DACA elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100313 |