RU2722602C1 - Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters - Google Patents
Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722602C1 RU2722602C1 RU2019140628A RU2019140628A RU2722602C1 RU 2722602 C1 RU2722602 C1 RU 2722602C1 RU 2019140628 A RU2019140628 A RU 2019140628A RU 2019140628 A RU2019140628 A RU 2019140628A RU 2722602 C1 RU2722602 C1 RU 2722602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- differential operational
- operational amplifier
- output
- resistors
- inverting input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций.The invention relates to radio engineering and can be used as an interface for highlighting a given spectrum of a signal source, for example, during its further processing by analog-to-digital converters of various modifications.
Полосовые АRC-фильтры (ПФ) относятся к числу достаточно распространенных аналоговых устройств, определяющих качественные показатели многих радиотехнических систем, в том числе для цифровой обработки сигналов [1-28]. В данном классе устройств особое место занимают фильтры с независимой подстройкой основных параметров [29-33].Bandpass ARC filters (PF) are among the fairly common analog devices that determine the quality indicators of many radio systems, including for digital signal processing [1-28]. In this class of devices, filters with an independent adjustment of the main parameters occupy a special place [29-33].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является полосовой фильтр по патенту RU 2701095, фиг. 2, 2019 г. Он содержит (фиг. 1) вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине источников питания 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12 резисторы, первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства.The closest prototype of the claimed device is a band-pass filter according to patent RU 2701095, FIG. 2, 2019. It contains (Fig. 1)
Существенный недостаток полосового фильтра-прототипа фиг. 1 состоит в том, что он не обеспечивает низкую параметрическую чувствительность при настройке добротности.A significant disadvantage of the bandpass prototype filter of FIG. 1 is that it does not provide low parametric sensitivity when setting the quality factor.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании схемы полосового фильтра с более низкой параметрической чувствительностью при независимой подстройке трех основных параметров АЧХ – частоты полюса (ωs), затухания полюса (ds), а также коэффициента передачи в полосе пропускания (М).The main objective of the proposed invention is to create a bandpass filter circuit with lower parametric sensitivity with independent adjustment of the three main parameters of the frequency response - pole frequency (ωs), pole attenuation (ds), and transmission coefficient in the passband (M).
Поставленная задача достигается тем, что в полосовом фильтре фиг. 2, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине источников питания 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12 резисторы, первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства, предусмотрены новые связи – инвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с выходом 2 устройства через третий 8 резистор, выход 2 устройства связан с общей шиной источников питания 7 через последовательно соединенные четвертый 9 и пятый 10 резисторы, выход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные первый 13 конденсатор и седьмой 12 резистор, общий узел которых связан с общим узлом четвертого 9 и пятого 10 последовательно соединенных резисторов через шестой 11 резистор, инвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с выходом 2 устройства через второй 14 конденсатор, а неинвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с общей шиной источников питания 7.The problem is achieved in that in the band-pass filter of FIG. 2, containing
На фиг. 1 представлена схема ПФ-прототипа. In FIG. 1 shows a diagram of a PF prototype.
На фиг. 2 приведена схема заявляемого ПФ в соответствии с формулой изобретения.In FIG. 2 shows a diagram of the claimed PF in accordance with the claims.
На фиг. 3 представлены графики изменения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик ПФ фиг. 3 при настройке частоты полюса последовательно соединенными резисторами R9 и R10.In FIG. 3 shows graphs of changes in the amplitude-frequency (AFC) and phase-frequency (PFC) characteristics of the PF of FIG. 3 when tuning the pole frequency in series with resistors R9 and R10.
На фиг. 4 приведены АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке затухания полюса (ds) с помощью резисторов R6, R8.In FIG. 4 shows the frequency response and phase response of the PF circuit of FIG. 2 when setting the pole attenuation (ds) using resistors R6, R8.
На фиг. 5 показаны графики изменения АЧХ и ФЧХ схемы ПФ фиг. 2 при настройке коэффициента передач (M) с помощью резистора R5.In FIG. 5 shows graphs of changes in frequency response and phase response of the PF circuit of FIG. 2 when adjusting the gear ratio (M) using resistor R5.
Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные операционные усилители, первый 5 и второй 6 последовательно соединенные резисторы, включенные между входом 1 устройства и выходом второго 4 дифференциального операционного усилителя, общий узел которых связан с инвертирующим входом второго 4 дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине источников питания 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12 резисторы, первый 13 и второй 14 конденсаторы, причем выход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с выходом 2 устройства. Инвертирующий вход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с выходом 2 устройства через третий 8 резистор, выход 2 устройства связан с общей шиной источников питания 7 через последовательно соединенные четвертый 9 и пятый 10 резисторы, выход второго 4 дифференциального операционного усилителя связан с инвертирующим входом первого 3 дифференциального операционного усилителя через последовательно соединенные первый 13 конденсатор и седьмой 12 резистор, общий узел которых связан с общим узлом четвертого 9 и пятого 10 последовательно соединенных резисторов через шестой 11 резистор, инвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя связан с выходом 2 устройства через второй 14 конденсатор, а неинвертирующий вход первого 3 дифференциального операционного усилителя соединен с общей шиной источников питания 7.Second-order active bandpass filter with independent adjustment of the main parameters of FIG. 2 contains
Рассмотрим работу ПФ фиг. 2.Consider the operation of the PF of FIG. 2.
Свойства схемы классического полосового фильтра второго порядка, в том числе схемы фиг. 2, определяются его передаточной функцией Scheme properties of a classic second-order bandpass filter, including the circuit of FIG. 2 are determined by its transfer function
где М – коэффициент передачи фильтра на центральной частоте; ωp – частота полюса; dp – затухание полюса.where M is the transmission coefficient of the filter at the center frequency; ω p is the frequency of the pole; d p is the pole attenuation.
Коэффициенты передаточной функции предлагаемой схемы ПФ определяются по выражениям:The transfer function coefficients of the proposed PF scheme are determined by the expressions:
- коэффициент передачи- gear ratio
, ,
где, Where ,
- частота полюса- pole frequency
где ,Where ,
- затухание полюса- pole attenuation
Независимая настройка параметров ПФ фиг. 2 возможна тогда, когда при настройке последующего параметра схемы не потребуется изменять сопротивления резисторов, определяющие уже настроенный параметр. Из анализа полученных формул для ωp, dp, М следует, что в предлагаемом ПФ фиг. 2 такая настройка осуществима в следующей последовательности: Independent adjustment of the PF parameters of FIG. 2 is possible when, when configuring the next parameter of the circuit, it is not necessary to change the resistance of the resistors that determine the already configured parameter. From the analysis of the obtained formulas for ω p , d p , M it follows that in the proposed PF of FIG. 2, such a setting is possible in the following sequence:
Первый этап: настраивается частота полюса ωs путем изменения сопротивлений четвертого 9 и пятого 10 резисторов (R9 и R10). Далее номиналы этих резисторов фиксируются.First step: adjust the frequency of the pole ωs by changing the resistances of the fourth 9 and fifth 10 resistors (R9 and R10). Further, the values of these resistors are fixed.
Второй этап: настраивается затухание полюса ds путем изменения сопротивлений резисторов второго 6 (R6) и третьего 8 (R8) или резисторов. На втором этапе сопротивления четвертого 9 и пятого 10 резисторов (R9 и R10) не изменяются.Second stage: damping of the pole d is adjusteds by changing the resistances of the resistors of the second 6 (R6) and third 8 (R8) or resistors. In the second stage, the resistance of the fourth 9 and fifth 10 resistors (R9 and R10) are not changed.
Третий этап: настраивается коэффициент передачи М путем изменения сопротивления первого 5 резистора (R5). На этом этапе сопротивления четвертого 9 (R9), пятого 10 (R10), второго 6 (R6), третьего 8 (R8) резисторов не изменяются.Third stage: the transmission coefficient M is adjusted by changing the resistance of the first 5 resistor (R5). At this stage, the resistance of the fourth 9 (R9), fifth 10 (R10), second 6 (R6), third 8 (R8) resistors are not changed.
Следует заметить, что другие известные схемы ПФ с низкой параметрической чувствительностью, выполненные на двух операционных усилителях, данным свойством не обладают.It should be noted that other known PF circuits with low parametric sensitivity, performed on two operational amplifiers, do not possess this property.
Эффективность рассмотренного выше алгоритма настройки ПФ фиг. 2, подтверждаются результатами компьютерного моделирования (фиг. 3-фиг. 5). The effectiveness of the above PF tuning algorithm of FIG. 2, are confirmed by the results of computer simulation (Fig. 3-Fig. 5).
По виду ФЧХ фиг. 3 можно судить, что частота полюса ωs, на которой фазовый сдвиг равен 0°, изменяется за счет четвертого 9 и пятого 10 резисторов (R9 и R10) в относительно широких пределах.In view of the phase response of FIG. 3 we can judge that the frequency of the pole ωsat which the phase shift is 0 °, changes due to the fourth 9 and fifth 10 resistors (R9 and R10) over a relatively wide range.
По виду ФЧХ фиг. 4 можно установить, что при изменении сопротивлений второго 6 и третьего 8 резисторов (R6, R8) изменяется наклон ФЧХ в области частоты полюса, а также изменяется подъем АЧХ на этой частоте. При этом частота полюса остается неизменной (ωs=const). При настройке затухания полюса изменяются частоты, на которых фазовый сдвиг составляет 450 и -450.In view of the phase response of FIG. 4, it can be established that when the resistances of the second 6 and third 8 resistors (R6, R8) change, the slope of the phase response in the frequency region of the pole changes, and the rise in frequency response at this frequency also changes. In this case, the frequency of the pole remains unchanged (ω s = const). When setting the pole attenuation, the frequencies change at which the phase shift is 45 0 and -45 0 .
При настройке коэффициента передачи путём изменения первого 5 (R5) резистора ФЧХ не изменяется, а изменяется только общий уровень АЧХ (фиг. 5). When adjusting the transmission coefficient by changing the first 5 (R5) resistor, the phase response does not change, but only the overall level of the frequency response changes (Fig. 5).
При проектировании фильтров на основе рассмотренной схемы сопротивление шестого 11 резистора (R11) желательно выбирать значительно больше эквивалентного сопротивления резистивного делителя напряжения, состоящего из пятого 10 и четвертого 9 резисторов (R10 и R9), то есть необходимо выполнять соотношениеWhen designing filters based on the considered circuit, the resistance of the sixth 11 resistor (R11) is desirable to choose much more than the equivalent resistance of the resistive voltage divider, consisting of the fifth 10 and fourth 9 resistors (R10 and R9), that is, the ratio
В сравнении с известными аналогами, заявляемая схема ПФ имеет более низкую параметрическую чувствительность при настройке равных добротностей. In comparison with the known analogues, the claimed PF scheme has a lower parametric sensitivity when setting equal Q factors.
Таким образом, предлагаемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the proposed device has significant advantages in comparison with the prototype.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент SU 296228, 1971 г.1. Patent SU 296228, 1971
2.Патент SU 964977, 1982 г.2.SU patent 964977, 1982
3. Патент SU 1629960, 1991 г.3. Patent SU 1629960, 1991
4. Патент SU 1755364, 1992 г.4. Patent SU 1755364, 1992
5. Патент SU 438095, 1974 г.5. Patent SU 438095, 1974
6. Патент RU 2154337, 2000 г.6. Patent RU 2154337, 2000
7. Патент RU 2150782, 2000 г.7. Patent RU 2150782, 2000
8. Патент RU 2089998, 1997 г.8. Patent RU 2089998, 1997
9. Патент RU 2089041, 1997 г.9. Patent RU 2089041, 1997
10. Патент SU 1777233, 1992 г.10. Patent SU 1777233, 1992
11. Патент SU 792557, 1980 г.11. Patent SU 792557, 1980.
12. Патент SU 807482, 1981 г.12. Patent SU 807482, 1981.
13. Патент SU 1788570, 1993 г.13. Patent SU 1788570, 1993
14. Патент RU 2019023, 1994 г.14. Patent RU 2019023, 1994.
15. Патент RU 2019024, 1994 г.15. Patent RU 2019024, 1994
16. Патент RU 2165673, 2001 г.16. Patent RU 2165673, 2001
17. Патент SU 987800, 1983 г.17. Patent SU 987800, 1983
18. Патент SU 376871,1973 г.18. Patent SU 376871.1973.
19. Патент SU 536590, 1976 г.19. Patent SU 536590, 1976
20. Патент SU 587602, 1978 г.20. Patent SU 587602, 1978
21. Патент SU 813690, 1981 г.21. Patent SU 813690, 1981.
22. Патент SU 813694, 1981 г.22. Patent SU 813694, 1981
23. Патент SU 815868, 1981 г.23. Patent SU 815868, 1981.
24. Патент US 3,946,328, 1976 г.24. US patent 3,946,328, 1976.
25. Патент SU 785954, 1980 г.25. Patent SU 785954, 1980
26. Патент US 4,659,995, 1987 г.26. US patent 4,659,995, 1987
27. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 320 с.27. Moshits G., Horn P. Design of active filters: Per. from English - M .: Mir, 1984. - 320 p.
28. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем / Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др.; Под ред. А.А. Ланнэ. – М.: Радио и связь, 1984. – 368 с.28. Reference on the calculation and design of ARC-schemes / Bukashkin SA, Vlasov VP, Zmiy B.F. and etc.; Ed. A.A. Lanne. - M .: Radio and communications, 1984. - 368 p.
29. Патент RU 2688237, 2019 г.29. Patent RU 2688237, 2019.
30. Патент RU 2694134, 2019 г.30. Patent RU 2694134, 2019.
31. Патент RU 2701095, 2019 г.31. Patent RU 2701095, 2019.
32. Патент RU 2697944, 2019 г.32. Patent RU 2697944, 2019.
33. Патент RU 2701038, 2019 г.33. Patent RU 2701038, 2019.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140628A RU2722602C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140628A RU2722602C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2722602C1 true RU2722602C1 (en) | 2020-06-02 |
Family
ID=71067633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019140628A RU2722602C1 (en) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2722602C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6420927B1 (en) * | 1999-08-05 | 2002-07-16 | University Of Florida | Filter and hold circuit utilizing a charge/discharge current |
US20190103856A1 (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-04 | Robert Bosch Gmbh | Switched Resistance Device With Reduced Sensitivity to Parasitic Capacitance |
RU2697944C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters |
RU2704530C1 (en) * | 2019-03-07 | 2019-10-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Broadband band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient |
-
2019
- 2019-12-10 RU RU2019140628A patent/RU2722602C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6420927B1 (en) * | 1999-08-05 | 2002-07-16 | University Of Florida | Filter and hold circuit utilizing a charge/discharge current |
US20190103856A1 (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-04 | Robert Bosch Gmbh | Switched Resistance Device With Reduced Sensitivity to Parasitic Capacitance |
RU2697944C1 (en) * | 2019-02-25 | 2019-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters |
RU2704530C1 (en) * | 2019-03-07 | 2019-10-29 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Broadband band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2704530C1 (en) | Broadband band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient | |
RU2701095C1 (en) | Low-sensitivity bandpass filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2677362C1 (en) | Active rc filter | |
RU2697944C1 (en) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters | |
RU2656728C1 (en) | Arc-filter of bottom frequencies with an independent setting of main parameters | |
EP1260022A1 (en) | Band pass filter from two notch filters | |
RU2694134C1 (en) | Band pass arc-filter on two operational amplifiers with increase in pole frequency and independent adjustment of main parameters | |
RU2722602C1 (en) | Second-order active band-pass filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2720558C1 (en) | Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters | |
RU2722752C1 (en) | Band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient | |
RU2718709C1 (en) | Band-pass filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2694135C1 (en) | High-frequency arc-filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2701038C1 (en) | Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters | |
RU2721404C1 (en) | Active rc-filter with independent adjustment of main parameters | |
RU2718830C1 (en) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters | |
RU199745U1 (en) | Tunable notch active RC filter | |
RU2721405C1 (en) | Universal programmable arc-filter based on r-2r matrices | |
Sutthikarn et al. | Tunable bandpass/bandstop digital filters basedon 1 st-order allpass network instead of unit delay | |
RU2718212C1 (en) | Universal programmable arc-filter | |
RU156095U1 (en) | BAND ROTARY FILTER | |
RU2154337C1 (en) | Bandpass arc filter | |
RU2749605C1 (en) | Fourth-order broadband bandpass filter | |
RU2610835C2 (en) | Input device of single-channel multiband radio receiver | |
RU171584U1 (en) | Tunable notch filter | |
RU2150782C1 (en) | Arc band filter with pole frequency reduction |