RU2598330C2 - Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator - Google Patents
Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598330C2 RU2598330C2 RU2015102526/08A RU2015102526A RU2598330C2 RU 2598330 C2 RU2598330 C2 RU 2598330C2 RU 2015102526/08 A RU2015102526/08 A RU 2015102526/08A RU 2015102526 A RU2015102526 A RU 2015102526A RU 2598330 C2 RU2598330 C2 RU 2598330C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- order
- terminal
- link
- operational amplifier
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике и связи и может быть использовано при создании активных RC-фильтров, а также в устройствах импульсной техники и автоматического управления для регулирования и компенсации переходных процессов.The invention relates to electronics and communications and can be used to create active RC filters, as well as in devices of pulsed technology and automatic control for regulation and compensation of transients.
Известен имитатор индуктивности с коммутируемыми конденсаторами (авторское свидетельство SU 1145460). Имитатор содержит операционный усилитель с цепью емкостной отрицательной обратной связи, выполненный на конденсаторе, первый и второй имитаторы резистора, два звена, каждое из которых содержит дополнительный операционный усилитель с цепью емкостной отрицательной обратной связи, выполненной на конденсаторе, конденсатор, первый и второй дополнительный имитаторы резистора, причем имитаторы выполнены на коммутируемых конденсаторах. Однако известный имитатор способен имитировать только индуктивности первого порядка.Known simulator of inductance with switched capacitors (copyright certificate SU 1145460). The simulator contains an operational amplifier with a capacitive negative feedback circuit made on the capacitor, the first and second resistor simulators, two links, each of which contains an additional operational amplifier with a capacitive negative feedback circuit made on the capacitor, a capacitor, the first and second additional resistor simulators moreover, the simulators are made on switched capacitors. However, the known simulator is able to simulate only first-order inductances.
Известны имитаторы двухполюсников высшего порядка, выполненные на зависимых источниках напряжения, управляемых током и напряжением (Philippow E., Reinhard M. Beitrag zur Theorie Kunstlicher Elemente hoherer Ordnung // IWK Tech. Hochschule Ilmenau, 1981., Philippow E., Druckner P. Anwendung kunstlicher Elemente hoherer Ordnung in selektiven Schaltungen //23IWK Tech. Hochschule Ilmenau 1978 - Vortragsreie B2 - s. 33-37). Однако реализация таких имитаторов двухполюсников высшего порядка оказывается сложной, а их частотные характеристики отличаются от характеристик, получаемых при строгом математическом описании.Known imitators of higher-order two-terminal devices, made on dependent voltage sources controlled by current and voltage (Philippow E., Reinhard M. Beitrag zur Theorie Kunstlicher Elemente hoherer Ordnung // IWK Tech. Hochschule Ilmenau, 1981., Philippow E., Druckner P. Anwendung kunstlicher Elemente hoherer Ordnung in selektiven Schaltungen // 23IWK Tech. Hochschule Ilmenau 1978 - Vortragsreie B2 - s. 33-37). However, the implementation of such simulators of higher order dvukhpolosnykh turns out to be difficult, and their frequency characteristics differ from those obtained with a rigorous mathematical description.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству решением является имитатор двухполюсника высшего (k-го) порядка, представляющий собой последовательное соединение k звеньев в виде интеграторов (Филиппов Е., Качан В.И. Математическое описание и устойчивость цепей с искусственными элементами высокого порядка // Известия вузов. Энергетика. 1983. №8. С. 24-27). Такая схема двухполюсника высшего порядка содержит погрешности, возникающие при интегрировании, причем с ростом числа интеграторов погрешность возрастает. Кроме того, известный имитатор двухполюсника обладает неустойчивостью, для устранения которой приходится для каждого звена подстраивать тот или иной параметр схемы. The closest in technical essence to the claimed device solution is a simulator of a two-terminal higher (k-th) order, which is a serial connection of k links in the form of integrators (E. Filippov, V. Kachan. Mathematical description and stability of circuits with high-order artificial elements / / University proceedings. Energy. 1983. No. 8. P. 24-27). Such a higher-order two-terminal circuit contains errors that occur during integration, and with an increase in the number of integrators, the error increases. In addition, the well-known imitator of a two-terminal network has instability, for the elimination of which it is necessary to adjust one or another circuit parameter for each link.
Задача изобретения состоит в обеспечении имитации индуктивных, емкостных и резистивных двухполюсников любого порядка.The objective of the invention is to provide a simulation of inductive, capacitive and resistive two-terminal devices of any order.
Технический результат заключается в увеличении точности задания емкостных, индуктивных и резистивных полных выходных сопротивлений двухполюсников высшего (9-го) порядка при имитации.The technical result consists in increasing the accuracy of setting capacitive, inductive and resistive total output resistances of the two-terminal higher (9th) order during simulation.
Указанный технический результат достигается тем, что имитатор двухполюсника порядка k содержит последовательное соединение k звеньев, согласно решению каждое звено содержит операционный усилитель и цепь из двух последовательно соединенных комплексных сопротивлений, подключенных между неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя, причем у каждого звена, кроме k-го, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с инвертирующим входом операционного усилителя последующего звена, общая точка соединения комплексных сопротивлений соединена с выходом операционного усилителя последующего звена, а общая точка соединения комплексных сопротивлений k-го звена соединена с выходом операционного усилителя первого звена, при этом первый выход двухполюсника соединен через комплексное сопротивление с инвертирующим входом операционного усилителя первого звена, а второй выход двухполюсника соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя k-го звена.The specified technical result is achieved by the fact that a two-terminal simulator of order k contains a serial connection of k links, according to the solution, each link contains an operational amplifier and a circuit of two series-connected complex resistances connected between the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier, with each link except k go, the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the inverting input of the operational amplifier of the subsequent link, the common connection point is set of the resistors connected to the output of the operational amplifier of the next link, and the common connection point of the complex resistances of the k-th link is connected to the output of the operational amplifier of the first link, while the first output of the two-terminal is connected through the integrated resistance to the inverting input of the operational amplifier of the first link, and the second output of the two-terminal with non-inverting input of the operational amplifier of the k-th link.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена электрическая схема заявляемого имитатора двухполюсника k-го порядка; на фиг. 2 - электрическая схема имитатора двухполюсника 3-го порядка с индуктивным выходным сопротивлением, на фиг. 3 - электрическая схема имитатора двухполюсника 3-го порядка с емкостным выходным сопротивлением, на фиг. 4 - экспериментально полученная частотная зависимость выходного сопротивления двухполюсника 3-го порядка с индуктивным сопротивлением. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an electrical diagram of the inventive simulator of a two-terminal k-th order; in FIG. 2 is a circuit diagram of a 3rd order two-terminal simulator with inductive output impedance, FIG. 3 is a circuit diagram of a 3rd order bipolar simulator with capacitive output resistance, FIG. 4 - experimentally obtained frequency dependence of the output impedance of a third-order two-terminal network with inductive resistance.
Имитатор двухполюсника порядка k, снабженный первым и вторым выходами, собран в виде последовательного соединения k звеньев, каждое из которых содержит операционный усилитель и цепь из двух последовательно соединенных комплексных сопротивлений, подключенных между неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя. У каждого звена кроме k-го неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с инвертирующим входом операционного усилителя последующего звена, а общая точка соединения комплексных сопротивлений соединена с выходом операционного усилителя последующего звена. Общая точка соединения комплексных сопротивлений k-го звена соединена с выходом операционного усилителя первого звена. Первый выход двухполюсника соединен через комплексное сопротивление с инвертирующим входом операционного усилителя первого звена, а второй выход двухполюсника соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя k-го звена.A two-terminal simulator of order k equipped with first and second outputs is assembled in the form of a series connection of k links, each of which contains an operational amplifier and a circuit of two series-connected complex resistances connected between the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier. Each link except the kth non-inverting input of the operational amplifier is connected to the inverting input of the operational amplifier of the next link, and the common point of connection of complex resistances is connected to the output of the operational amplifier of the next link. The common connection point of the complex resistances of the k-th link is connected to the output of the operational amplifier of the first link. The first output of the two-terminal is connected through the integrated resistance to the inverting input of the operational amplifier of the first link, and the second output of the two-terminal is connected to the non-inverting input of the operational amplifier of the k-th link.
Для упрощения формулы расчета полного выходного сопротивления имитатора двухполюсника высшего (k-го) порядка комплексные сопротивления цепи i-го звена обозначены как
В таблице 1 приведены параметры двухполюсников со второго по девятый порядок, рассчитанные по формуле (1). У всех двухполюсников четного (k = 4, 6, 8, …) порядка полные выходные сопротивления и полные выходные проводимости имеют резистивный характер, а у двухполюсников нечетного (k = 3, 5, 7, …) порядка полные выходные сопротивления имеют индуктивный или емкостный характер. Table 1 shows the second-ninth order two-terminal parameters calculated by formula (1). All bipolar even (k = 4, 6, 8, ...) orders have full output resistances and full conductivity outputs have a resistive character, and for two-terminal odd (k = 3, 5, 7, ...) orders of magnitude, the total output resistances are inductive or capacitive in nature.
В качестве примера на фиг. 2 представлена электрическая схема имитатора двухполюсника 3-го порядка с индуктивным выходным сопротивлением. Чтобы полное выходное сопротивление двухполюсника было индуктивным, в качестве комплексных сопротивлений
, ,
где
В качестве второго примера на фиг. 3 представлена электрическая схема имитатора двухполюсника 3-го порядка с емкостным выходным сопротивлением. Чтобы полное выходное сопротивление двухполюсника было емкостным в качестве комплексных сопротивлений
где
Пример конкретного исполнения Concrete example
Имитатор двухполюсника четвертого порядка представляет собой соединение двух интегральных микросхем LF412CH, каждая из которых содержит два операционных усилителя, набор резисторов типа С2-14-0.125 и конденсаторов типа К71-7. Такая конструкция позволяет имитировать двухполюсники от второго до четвертого порядка при включении в работу соответствующего количества операционных усилителей. Для имитации двухполюсников 3-го порядка использовались три операционных усилителя. При имитации двухполюсника 3-го порядка с индуктивным выходным сопротивлением выбирались три одинаковых конденсатора с номиналами 10 нФ1% и четыре резистора с одинаковыми номиналами 1 кОм5%. Теоретическое значение индуктивности на частоте 100 Гц составило 0.4 мкГн, на частоте 1 кГц - 40 мкГн. При имитации двухполюсника 3-го порядка с емкостным выходным сопротивлением выбирались три одинаковых конденсатора с номиналом 100 нФ1% и четыре одинаковых резистора с номиналом 10 кОм5%. Теоретическое значение емкости на частоте 100 Гц составляет 40 нФ, на частоте 1 кГц - 4 мкФ. Для имитации двухполюсника 4-го порядка с резистивным сопротивлением использованы четыре одинаковых конденсатора с номиналом 10 нФ1% и пять резисторов с одинаковыми номиналами 10 кОм5%. Теоретическое значение на частоте 100 Гц составило 0.156 Ом, а на частоте 1 кГц - 1560 Ом.The fourth-order bipolar simulator is a combination of two LF412CH integrated circuits, each of which contains two operational amplifiers, a set of resistors of type C2-14-0.125 and capacitors of type K71-7. This design allows you to simulate two-terminal from the second to fourth order when you turn on the appropriate number of operational amplifiers. Three operational amplifiers were used to simulate 3rd order bipolar devices. When simulating a third-order two-terminal with an inductive output resistance, three identical capacitors with nominal values of 10 nF were selected 1% and four resistors with the same ratings of 1 kOhm 5%. The theoretical value of inductance at a frequency of 100 Hz, it was 0.4 μH; at a frequency of 1 kHz, it was 40 μH. When simulating a third-order two-terminal with capacitive output resistance, three identical capacitors with a nominal value of 100 nF were selected 1% and four identical 10 kΩ resistors 5%. The theoretical value of capacity at a frequency of 100 Hz is 40 nF, at a frequency of 1 kHz - 4 microfarads. To simulate a 4th order bipolar with resistive resistance used four identical capacitors with a nominal value of 10
Экспериментальное исследование частотных зависимостей полных выходных сопротивлений имитированных двухполюсников проводилось на анализаторе спектра СК4-56, работающем в режиме измерения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников. С этой целью последовательное соединение имитатора одного из двухполюсников высшего порядка и дополнительного сопротивления подключалось к выходу генератора частотно-модулированных колебаний СК4-56, а имитатор двухполюсника - к входному разъему прибора СК4-56. На экране анализатора возникала амплитудно-частотная характеристика, причем величина вертикального отклонения луча была пропорциональна полному входному сопротивлению имитатора двухполюсника. Пример экспериментально полученной частотной зависимости для индуктивности третьего порядка
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102526/08A RU2598330C2 (en) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015102526/08A RU2598330C2 (en) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015102526A RU2015102526A (en) | 2016-08-20 |
RU2598330C2 true RU2598330C2 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=56694740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015102526/08A RU2598330C2 (en) | 2015-01-27 | 2015-01-27 | Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2598330C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3990025A (en) * | 1975-12-24 | 1976-11-02 | Gte Automatic Electric Laboratories Incorporated | Network with a single amplifier for simulating an FDNR circuit |
DE3009118A1 (en) * | 1980-03-10 | 1981-09-17 | Ephraim 8541 Büchenbach Jackson | Circuit which simulates inductance - using single operational amplifier and seven impedances of various types |
SU1073885A1 (en) * | 1982-10-14 | 1984-02-15 | Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова | Inductor simulator (versions) |
SU1317647A1 (en) * | 1985-05-21 | 1987-06-15 | Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова | Inductance simulator |
WO1999040716A2 (en) * | 1998-02-03 | 1999-08-12 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Active splitter |
GB2365235A (en) * | 2000-07-20 | 2002-02-13 | British Broadcasting Corp | A circuit for simulating an impedance |
-
2015
- 2015-01-27 RU RU2015102526/08A patent/RU2598330C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3990025A (en) * | 1975-12-24 | 1976-11-02 | Gte Automatic Electric Laboratories Incorporated | Network with a single amplifier for simulating an FDNR circuit |
DE3009118A1 (en) * | 1980-03-10 | 1981-09-17 | Ephraim 8541 Büchenbach Jackson | Circuit which simulates inductance - using single operational amplifier and seven impedances of various types |
SU1073885A1 (en) * | 1982-10-14 | 1984-02-15 | Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова | Inductor simulator (versions) |
SU1317647A1 (en) * | 1985-05-21 | 1987-06-15 | Одесский Электротехнический Институт Связи Им.А.С.Попова | Inductance simulator |
WO1999040716A2 (en) * | 1998-02-03 | 1999-08-12 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) | Active splitter |
GB2365235A (en) * | 2000-07-20 | 2002-02-13 | British Broadcasting Corp | A circuit for simulating an impedance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015102526A (en) | 2016-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gonzalez et al. | Conceptual design of a selectable fractional-order differentiator for industrial applications | |
US9563728B2 (en) | Equivalent circuit model, program, and recording medium | |
Sierociuk et al. | New method of fractional order integrator analog modeling for orders 0.5 and 0.25 | |
Bošković et al. | Analysis of electrical circuits including fractional order elements | |
Dvorak et al. | Electronically tunable fractional-order low-pass filter with current followers | |
Sotner et al. | Simple approach for synthesis of fractional-order grounded immittances based on OTAs | |
RU2598330C2 (en) | Higher (k-th) order two-terminal circuit simulator | |
Pittala et al. | Two simple sinusoidal oscillators using single operational transresistance amplifier | |
US9837986B2 (en) | Floating immittance emulator | |
Gupta et al. | New OTRA-based generalized impedance simulator | |
Anudev et al. | Analytical study of howland current source model | |
Bajer et al. | Voltage-mode quadrature oscillator using VD-DIBA active elements | |
Koukiou et al. | Modular filter structures using current feedback operational amplifiers | |
Sandoval-Ibarra et al. | Design of 2nd order low-pass active filters by preserving the physical meaning of design variables | |
Tran et al. | Study of Rauch low-pass filters using Pascal's Triangle | |
Unuk et al. | DVCC+ based immittance function simulators including grounded passive elements only | |
Koksal | Realization of a general all‐pole current transfer function by using CBTA | |
Sotner et al. | Special electronically reconfigurable lossy/lossless integrator in application of functional generator | |
Abuelma'atti et al. | New CFOA-based floating lossless negative immittance function emulators | |
Khalil et al. | Two topologies of fractional-order oscillators based on cfoa and rc networks | |
Jerabek et al. | Inductance simulator based on dual controlled CMOS voltage differencing current conveyor | |
Tran et al. | Measurements of self-loop functions in high-order passive and active low-pass filters | |
Yin et al. | Grounded-inductor employing Multi-output Current Controlled Conveyors | |
Stănescu et al. | Designing and testing of a second order active RC low-pass filter with different quality factors | |
Polak et al. | Behavioral modeling of digitally adjustable current amplifier |