RU2749605C1 - Fourth-order broadband bandpass filter - Google Patents

Fourth-order broadband bandpass filter Download PDF

Info

Publication number
RU2749605C1
RU2749605C1 RU2020140330A RU2020140330A RU2749605C1 RU 2749605 C1 RU2749605 C1 RU 2749605C1 RU 2020140330 A RU2020140330 A RU 2020140330A RU 2020140330 A RU2020140330 A RU 2020140330A RU 2749605 C1 RU2749605 C1 RU 2749605C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
operational amplifier
output
order
bandpass filter
Prior art date
Application number
RU2020140330A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дарья Юрьевна Денисенко
Николай Николаевич Прокопенко
Юрий Иванович Иванов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет» (ДГТУ)
Priority to RU2020140330A priority Critical patent/RU2749605C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749605C1 publication Critical patent/RU2749605C1/en

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
    • 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
    • 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
    • H03H11/126—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a single operational amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/12—Bandpass or bandstop filters with adjustable bandwidth and fixed centre frequency

Landscapes

  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and communications; it can be used as an interface for limiting the spectrum of a signal source, for example, during its further processing by analog-to-digital converters of various modifications. The filter contains device input (1) connected to signal source (2), device output (3) connected to load (4), second-order input bandpass filter, first operational amplifier (8), first resistor (9), second resistor (10), second operational amplifier (11), third resistor (12), first capacitor (13), common bus of power supply (14), third operational amplifier (15), fourth (16), fifth (17), sixth (18) resistors, fourth operational amplifier (19), second capacitor (20), seventh (21), eighth (22), ninth (23), tenth (24), eleventh (25) resistors. Signal source (2) and load (4) are coordinated to common bus of power supply (14). Output bandpass filter (26), identical to input bandpass filter in terms of the element composition, the connections between them and the functional purpose of the inputs and outputs, and auxiliary resistor (30) are introduced into the device circuit. First input (5) of second-order input bandpass filter and first input (27) (in.1*) of second-order output bandpass filter (26) are coordinated with common bus of power supply (14).
EFFECT: technical result is providing a fourth-order bandpass filter with the possibility to change the bandwidth in an extended frequency range.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. The invention relates to radio engineering and communications and can be used as an interface for limiting the spectrum of the 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 [1-17].Bandpass ARC filters (PF) are among the fairly common analog devices that determine the quality indicators of many radio engineering systems, including for digital signal processing [1-17].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является ARCФ, описанный в патенте RU 2110140 («Перестраиваемый ARC-фильтр», МПК H03H 11/04, 1998 г.). Он содержит (фиг. 1) вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, выход 3 устройства, подключенный к нагрузке 4, входной полосовой фильтр второго порядка с первым 5 и вторым 6 входами, а также основным выходом 7, причем первый 5 вход входного полосового фильтра второго порядка подключен к инвертирующему входу первого 8 операционного усилителя через первый 9 резистор, инвертирующей вход первого 8 операционного усилителя связан с его выходом через второй 10 резистор, инвертирующий вход первого 8 операционного усилителя соединён с инвертирующим входом второго 11 операционного усилителя, инвертирующий вход второго 11 операционного усилителя связан с его выходом через третий 12 резистор, выход второго 11 операционного усилителя соединён с основным выходом 7 входного полосового фильтра второго порядка, выход первого 8 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя через первый 13 конденсатор, неинвертирующий вход первого 8 операционного усилителя согласован с общей шиной источника питания 14, второй 6 вход входного полосового фильтра второго порядка связан с инвертирующим входом третьего 15 операционного усилителя через последовательно соединённые четвертый 16 и пятый 17 резисторы, общий узел которых связан с общей шиной источника питания 14 через шестой 18 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через второй 20 конденсатор, неинвертирующий вход третьего 15 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя и соединён с выходом четвертого 19 операционного усилителя через седьмой 21 резистор, инвертирующий вход четвертого 19 операционного усилителя связан с его выходом через восьмой 22 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя подключен к объединённым инвертирующим входам третьего 15 и четвертого 19 операционных усилителей через девятый 23 резистор, выход первого 8 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через десятый 24 резистор, основной выход 7 входного полосового фильтра второго порядка связан с общим узлом четвертого 16 и пятого 17 резисторов через одиннадцатый 25 резистор, источник сигнала 2 и нагрузка 4 согласованы с общей шиной источника питания 14.The closest prototype of the claimed device is ARCF, described in patent RU 2110140 ("Tunable ARC filter", IPC H03H 11/04, 1998). It contains (Fig. 1) the input 1 of the device connected to the signal source 2, the output 3 of the device connected to the load 4, the input bandpass filter of the second order with the first 5 and second 6 inputs, as well as the main output 7, the first 5 being the input a bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the first 8 of the operational amplifier through the first 9 resistor, inverting the input of the first 8 of the operational amplifier is connected to its output through the second 10 resistor, the inverting input of the first 8 of the operational amplifier is connected to the inverting input of the second 11 of the operational amplifier, the inverting input of the second 11 of the operational amplifier is connected to its output through the third 12 resistor, the output of the second 11 of the operational amplifier is connected to the main output 7 of the input bandpass filter of the second order, the output of the first 8 of the operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 of the operational amplifier through the first 13 capacitor, non-inverting the input of the first 8 operating the amplifier is matched to the common bus of the power supply 14, the second 6 input of the input bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the third 15 of the operational amplifier through the fourth 16 and fifth 17 resistors connected in series, the common node of which is connected to the common bus of the power supply 14 through the sixth 18 resistor, the output of the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the second 20 capacitor, the non-inverting input of the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 operational amplifier and connected to the output of the fourth 19 operational amplifier through the seventh 21 resistor, which inverts the input of the fourth 19 operational the amplifier is connected to its output through the eighth 22 resistor, the output of the third 15 operational amplifier is connected to the combined inverting inputs of the third 15 and fourth 19 operational amplifiers through the ninth 23 resistor, the output of the first 8 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the tenth 24 resistor, the main output 7 of the input bandpass filter of the second order is connected to the common node of the fourth 16 and fifth 17 resistors through the eleventh 25 resistor, the signal source 2 and load 4 are matched with the common bus of the power supply 14 ...

Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что он не обладает расширенным диапазоном рабочих частот. Это ограничивает области использования данного ПФ.A significant drawback of the known device of FIG. 1 is that it does not have an extended operating frequency range. This limits the areas of use of this PF.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании полосового фильтра четвертого порядка, который имеет возможность изменения полосы пропускания и обладает расширенным частотным диапазоном.The main object of the proposed invention is to provide a fourth order bandpass filter, which has the ability to change the bandwidth and has an extended frequency range.

Поставленная задача достигается тем, что в активном RC-фильтре фиг. 1, содержащем вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, выход 3 устройства, подключенный к нагрузке 4, входной полосовой фильтр второго порядка с первым 5 и вторым 6 входами, а также основным выходом 7, причем первый 5 вход входного полосового фильтра второго порядка подключен к инвертирующему входу первого 8 операционного усилителя через первый 9 резистор, инвертирующей вход первого 8 операционного усилителя связан с его выходом через второй 10 резистор, инвертирующий вход первого 8 операционного усилителя соединён с инвертирующим входом второго 11 операционного усилителя, инвертирующий вход второго 11 операционного усилителя связан с его выходом через третий 12 резистор, выход второго 11 операционного усилителя соединён с основным выходом 7 входного полосового фильтра второго порядка, выход первого 8 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя через первый 13 конденсатор, неинвертирующий вход первого 8 операционного усилителя согласован с общей шиной источника питания 14, второй 6 вход входного полосового фильтра второго порядка связан с инвертирующим входом третьего 15 операционного усилителя через последовательно соединённые четвертый 16 и пятый 17 резисторы, общий узел которых связан с общей шиной источника питания 14 через шестой 18 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через второй 20 конденсатор, неинвертирующий вход третьего 15 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя и соединён с выходом четвертого 19 операционного усилителя через седьмой 21 резистор, инвертирующий вход четвертого 19 операционного усилителя связан с его выходом через восьмой 22 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя подключен к объединённым инвертирующим входам третьего 15 и четвертого 19 операционных усилителей через девятый 23 резистор, выход первого 8 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через десятый 24 резистор, основной выход 7 входного полосового фильтра второго порядка связан с общим узлом четвертого 16 и пятого 17 резисторов через одиннадцатый 25 резистор, источник сигнала 2 и нагрузка 4 согласованы с общей шиной источника питания 14, предусмотрены новые элементы и связи - в схему устройства введен выходной полосовой фильтр 26, идентичный входному полосовому фильтру по составу элементов, связей между ними и функциональному назначению входов и выходов, содержащий первый 27 (in.1*) и второй 28 (in.2*) входы, а также основной выход 29 (out.1*), вспомогательный резистор 30, причем основной выход 7 входного полосового фильтра второго порядка подключен ко второму 28 (in.2*) входу выходного полосового фильтра второго порядка 26, основной выход 29 (out.1*) выходного полосового фильтра второго порядка 26 соединён с выходом 3 устройства и подключен к инвертирующему входу второго 11 операционного усилителя входного полосового фильтра второго порядка через вспомогательный резистор 30, вход 1 устройства соединён со вторым 6 входом входного полосового фильтра второго порядка, первый 5 вход входного полосового фильтра второго порядка и первый 27 (in.1*) вход выходного полосового фильтра второго порядка 26 согласованы с общей шиной источника питания 14.The stated task is achieved by the fact that in the active RC filter of FIG. 1, containing the input 1 of the device associated with the signal source 2, the output 3 of the device connected to the load 4, the input bandpass filter of the second order with the first 5 and second 6 inputs, as well as the main output 7, the first 5 being the input of the input bandpass filter of the second order connected to the inverting input of the first 8 operational amplifier through the first 9 resistor, inverting the input of the first 8 operational amplifier is connected to its output through the second 10 resistor, the inverting input of the first 8 operational amplifier is connected to the inverting input of the second 11 operational amplifier, the inverting input of the second 11 operational amplifier is connected with its output through the third 12 resistor, the output of the second 11 operational amplifier is connected to the main output 7 of the input band-pass filter of the second order, the output of the first 8 of the operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 operational amplifier through the first 13 capacitor, the non-inverting input of the first 8 operational amplifier For matched with the common bus of the power supply 14, the second 6 input of the input bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the third 15 of the operational amplifier through the fourth 16 and fifth 17 resistors connected in series, the common node of which is connected to the common bus of the power supply 14 through the sixth 18 resistor, the output of the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the second 20 capacitor, the non-inverting input of the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 operational amplifier and connected to the output of the fourth 19 operational amplifier through the seventh 21 resistor, which inverts the input of the fourth 19 operational amplifier is connected to its output through the eighth 22 resistor, the output of the third 15 operational amplifier is connected to the combined inverting inputs of the third 15 and fourth 19 operational amplifiers through the ninth 23 resistor, the output of the first 8 operational amplifier with is connected to the non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the tenth 24 resistor, the main output 7 of the input bandpass filter of the second order is connected to the common node of the fourth 16 and fifth 17 resistors through the eleventh 25 resistor, the signal source 2 and load 4 are matched with the common bus of the power supply 14, new elements and connections are provided - an output band-pass filter 26 is introduced into the circuit of the device, which is identical to the input band-pass filter in terms of the composition of the elements, connections between them and the functional purpose of the inputs and outputs, containing the first 27 (in.1 *) and the second 28 (in.2 * ) inputs, as well as the main output 29 (out.1 *), an auxiliary resistor 30, and the main output 7 of the input bandpass filter of the second order is connected to the second 28 (in.2 *) input of the output bandpass filter of the second order 26, the main output 29 ( out.1 *) of the output bandpass filter of the second order 26 is connected to the output 3 of the device and is connected to the inverting input of the second 11 operational amplifier i of the input bandpass filter of the second order through an auxiliary resistor 30, the input 1 of the device is connected to the second 6 input of the input bandpass filter of the second order, the first input 5 of the input bandpass filter of the second order and the first 27 (in.1 *) input of the output bandpass filter of the second order 26 are matched with a common power supply bus 14.

На чертеже фиг. 1 показана схема ПФ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого широкополосного полосового фильтра четвертого порядка в соответствии с формулой изобретения.In the drawing, FIG. 1 shows a diagram of the PF prototype, and in the drawing of FIG. 2 is a diagram of the inventive fourth-order broadband bandpass filter in accordance with the claims.

На чертеже фиг. 3 изображен полосовой фильтр четвертого порядка с конкретной реализацией выходного полосового фильтра второго порядка 26 в соответствии с формулой изобретения.In the drawing, FIG. 3 illustrates a fourth order bandpass filter with a particular implementation of a second order output bandpass filter 26 in accordance with the claims.

На чертеже фиг. 4 представлены результаты компьютерного моделирования схемы ПФ фиг. 3.In the drawing, FIG. 4 shows the results of computer simulation of the PF circuit of FIG. 3.

Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка фиг. 2 содержит вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, выход 3 устройства, подключенный к нагрузке 4, входной полосовой фильтр второго порядка с первым 5 и вторым 6 входами, а также основным выходом 7, причем первый 5 вход входного полосового фильтра второго порядка подключен к инвертирующему входу первого 8 операционного усилителя через первый 9 резистор, инвертирующей вход первого 8 операционного усилителя связан с его выходом через второй 10 резистор, инвертирующий вход первого 8 операционного усилителя соединён с инвертирующим входом второго 11 операционного усилителя, инвертирующий вход второго 11 операционного усилителя связан с его выходом через третий 12 резистор, выход второго 11 операционного усилителя соединён с основным выходом 7 входного полосового фильтра второго порядка, выход первого 8 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя через первый 13 конденсатор, неинвертирующий вход первого 8 операционного усилителя согласован с общей шиной источника питания 14, второй 6 вход входного полосового фильтра второго порядка связан с инвертирующим входом третьего 15 операционного усилителя через последовательно соединённые четвертый 16 и пятый 17 резисторы, общий узел которых связан с общей шиной источника питания 14 через шестой 18 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через второй 20 конденсатор, неинвертирующий вход третьего 15 операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго 11 операционного усилителя и соединён с выходом четвертого 19 операционного усилителя через седьмой 21 резистор, инвертирующий вход четвертого 19 операционного усилителя связан с его выходом через восьмой 22 резистор, выход третьего 15 операционного усилителя подключен к объединённым инвертирующим входам третьего 15 и четвертого 19 операционных усилителей через девятый 23 резистор, выход первого 8 операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого 19 операционного усилителя через десятый 24 резистор, основной выход 7 входного полосового фильтра второго порядка связан с общим узлом четвертого 16 и пятого 17 резисторов через одиннадцатый 25 резистор, источник сигнала 2 и нагрузка 4 согласованы с общей шиной источника питания 14. В схему устройства введен выходной полосовой фильтр 26, идентичный входному полосовому фильтру по составу элементов, связей между ними и функциональному назначению входов и выходов, содержащий первый 27 (in.1*) и второй 28 (in.2*) входы, а также основной выход 29 (out.1*), вспомогательный резистор 30, причем основной выход 7 входного полосового фильтра второго порядка подключен ко второму 28 (in.2*) входу выходного полосового фильтра второго порядка 26, основной выход 29 (out.1*) выходного полосового фильтра второго порядка 26 соединён с выходом 3 устройства и подключен к инвертирующему входу второго 11 операционного усилителя входного полосового фильтра второго порядка через вспомогательный резистор 30, вход 1 устройства соединён со вторым 6 входом входного полосового фильтра второго порядка, первый 5 вход входного полосового фильтра второго порядка и первый 27 (in.1*) вход выходного полосового фильтра второго порядка 26 согласованы с общей шиной источника питания 14.The fourth-order broadband bandpass filter of FIG. 2 contains the input 1 of the device connected to the signal source 2, the output 3 of the device connected to the load 4, the input bandpass filter of the second order with the first 5 and second 6 inputs, as well as the main output 7, and the first input 5 of the input bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the first 8 operational amplifier through the first 9 resistor, inverting the input of the first 8 operational amplifier is connected to its output through the second 10 resistor, the inverting input of the first 8 operational amplifier is connected to the inverting input of the second 11 operational amplifier, the inverting input of the second 11 operational amplifier is connected to its output through the third 12 resistor, the output of the second 11 operational amplifier is connected to the main output 7 of the input band-pass filter of the second order, the output of the first 8 of the operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 operational amplifier through the first 13 capacitor, the non-inverting input of the first 8 of the operational amplifier matched to the common bus of the power supply 14, the second 6 input of the input bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the third 15 of the operational amplifier through the fourth 16 and fifth 17 resistors connected in series, the common node of which is connected to the common bus of the power supply 14 through the sixth 18 resistor, the output the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the second 20 capacitor, the non-inverting input of the third 15 operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second 11 operational amplifier and connected to the output of the fourth 19 operational amplifier through the seventh 21 resistor, which inverts the input of the fourth 19 operational amplifier connected to its output through the eighth 22 resistor, the output of the third 15 operational amplifier is connected to the combined inverting inputs of the third 15 and fourth 19 operational amplifiers through the ninth 23 resistor, the output of the first 8 operational amplifier is connected nen with a non-inverting input of the fourth 19 operational amplifier through the tenth 24 resistor, the main output 7 of the input bandpass filter of the second order is connected to the common node of the fourth 16 and fifth 17 resistors through the eleventh 25 resistor, the signal source 2 and load 4 are matched with the common bus of the power supply 14. An output bandpass filter 26 is introduced into the circuit of the device, which is identical to the input bandpass filter in terms of the composition of elements, connections between them and the functional purpose of inputs and outputs, containing the first 27 (in.1 *) and second 28 (in.2 *) inputs, as well as the main output 29 (out.1 *), auxiliary resistor 30, and the main output 7 of the input bandpass filter of the second order is connected to the second 28 (in.2 *) input of the output bandpass filter of the second order 26, the main output 29 (out.1 *) of the output bandpass filter of the second order 26 is connected to the output 3 of the device and is connected to the inverting input of the second 11 operational amplifier of the input bandpass filter of the second order dka through an auxiliary resistor 30, input 1 of the device is connected to the second 6 input of the input second-order band-pass filter, the first 5 input of the input second-order band-pass filter and the first 27 (in.1 *) input of the output second-order band-pass filter 26 are matched with the common power supply bus fourteen.

Рассмотрим работу схемы ПФ фиг. 2.Consider the operation of the PF circuit of FIG. 2.

Передаточная функция схемы ПФ четвертого порядка описывается выражением The transfer function of the fourth-order PF circuit is described by the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
и
Figure 00000003
- коэффициенты числителя и знаменателя передаточной функции (1).Where
Figure 00000002
and
Figure 00000003
- the coefficients of the numerator and denominator of the transfer function (1).

Характер изменения АЧХ и ФЧХ фильтра от частоты зависят от численных значений

Figure 00000002
и
Figure 00000003
передаточной функции (1), а его свойства, т.е. возможность перестройки по частоте, регулировки полосы пропускания, неравномерности АЧХ и коэффициента передачи на центральной частоте, определяются топологией схемы. Известно, что для перестройки фильтра четвертого порядка по частоте при неизменных других параметрах необходимо одновременно изменять как минимум параметры четырёх элементов, например, сопротивлений четырёх резисторов или ёмкостей четырёх конденсаторов. Наиболее просто это осуществить, используя в качестве элементов перестройки различные переменные резисторы, в том числе с электронной перестройкой параметров. Причем, наиболее простые схемы получаются, когда все электронные компоненты перестройки имеют идентичные характеристики. Данная задача решается, например, на идентичных звеньях полосовых фильтров второго порядка, имеющих равные значения частот полюсов
Figure 00000004
, затуханий
Figure 00000005
и масштабных коэффициентов передач
Figure 00000006
The nature of the frequency response and phase response of the filter depends on the numerical values
Figure 00000002
and
Figure 00000003
transfer function (1), and its properties, i.e. the possibility of tuning in frequency, adjusting the bandwidth, uneven frequency response and transmission coefficient at the center frequency, are determined by the circuit topology. It is known that to rebuild the fourth-order filter in frequency with the other parameters unchanged, it is necessary to simultaneously change at least the parameters of four elements, for example, the resistances of four resistors or capacities of four capacitors. The easiest way to do this is by using various variable resistors as tuning elements, including those with electronic tuning of parameters. Moreover, the simplest circuits are obtained when all electronic components of the adjustment have identical characteristics. This problem is solved, for example, on identical links of second-order bandpass filters having equal values of the pole frequencies
Figure 00000004
, attenuation
Figure 00000005
and gear scaling factors
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

За счет введения обратной связи с выхода выходного полосового фильтра 26 на инвертирующий вход второго 11 операционного усилителя входного полосового фильтра второго порядка, с которого на его выход реализуется передаточная функция режекторного фильтраDue to the introduction of feedback from the output of the output band-pass filter 26 to the inverting input of the second 11 operational amplifier of the input band-pass filter of the second order, from which the transfer function of the notch filter is realized to its output

Figure 00000008
Figure 00000008

заявляемым полосовым фильтром четвертого порядка (фиг. 2) реализуется передаточная функция (1), коэффициенты которой определяются соотношениямиthe claimed fourth-order bandpass filter (Fig. 2) implements the transfer function (1), the coefficients of which are determined by the relations

Figure 00000009
Figure 00000009

Благодаря такой (4) зависимости коэффициентов передаточной функции фильтра от параметров отдельных звеньев и коэффициентов передач дополнительного входного сумматора в полосовом фильтре четвёртого порядка возможна независимая регулировка неравномерности АЧХ и масштабного коэффициента передачи, при этом полоса пропускания фильтра зависит от затуханий звеньев

Figure 00000005
, а фильтр реализуется на идентичных звеньях второго порядка.Due to this (4) dependence of the coefficients of the transfer function of the filter on the parameters of individual links and the transmission coefficients of the additional input adder in the fourth-order bandpass filter, it is possible to independently adjust the frequency response and the scale transfer coefficient, while the filter passband depends on the attenuation of the links
Figure 00000005
, and the filter is implemented on identical second-order links.

Для упрощения соотношений (4) значения коэффициентов передач звеньев

Figure 00000006
независимо от реализуемых ими передаточных функций выбраны равными, но это не является обязательным условием при реализации конкретной схемы ПФ четвертого порядка.To simplify relations (4), the values of the transmission coefficients of the links
Figure 00000006
regardless of the transfer functions implemented by them, are chosen equal, but this is not a prerequisite for the implementation of a specific fourth-order PF scheme.

В результате компьютерного моделирования ПФ фиг. 2 в программе схемотехнического моделирования Micro-Cap было получено семейство АЧХ фильтра (фиг. 4) при изменении коэффициента обратной связи

Figure 00000010
, которое подтвердило работоспособность предлагаемого схемотехнического решения.As a result of computer simulation of the PF of FIG. 2 in the circuit simulation program Micro-Cap, a family of frequency response of the filter was obtained (Fig. 4) with a change in the feedback coefficient
Figure 00000010
, which confirmed the efficiency of the proposed circuit design.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages over the prototype.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК BIBLIOGRAPHIC LIST

1. 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.1. Reference book on the calculation and design of ARC-schemes / Bukashkin SA, Vlasov VP, Zmiy BF. and etc.; Under. ed. A.A. Lanne. - M .: radio and communication, 1984 .-- 368 p.

2. Куцко Т.Ю. Расчет полосовых фильтров / Т.Ю. Куцко. - Москва ; Ленинград : Энергия, 1965, 192 с.2. Kutsko T.Yu. Calculation of bandpass filters / T.Yu. Kutsko. - Moscow; Leningrad: Energy, 1965, 192 p.

3. Крутчинский С.Г., Прокопенко Н.Н., Петр Будяков П.С. Активные полосовые фильтры ВЧ- и СВЧ-диапазонов: Базовые структуры на основе усилителей тока, Издательство Lap Lambert Academic Publishing GmbH KG, 2013, 84 c.3. Krutchinsky S.G., Prokopenko N.N., Petr Budyakov PS. Active Bandpass Filters for High and Microwave Bands: Basic Structures Based on Current Amplifiers, Lap Lambert Academic Publishing GmbH KG, 2013, 84 pp.

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 512 с.4. Titze U., Schenk K. Semiconductor circuitry: a reference guide. Per. with him. Moscow: Mir, 1982 .-- 512 p.

5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Мир, 1993. - 413 с., ил.5. Horowitz P., Hill W. The art of circuitry: In 3 volumes: Vol. 1. Per. from English - 4th ed. revised and add. - M .: Mir, 1993 .-- 413 p., Ill.

6. Хьюлсман Л.П., Аллен Ф.Е. Введение в теорию и расчет активных фильтров: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1984. - 384 с.6. Hjulsman L.P., Allen F.E. Introduction to the theory and calculation of active filters: Per. from English - M .: Radio and communication, 1984 .-- 384 p.

7. Капустян В.И. Активные RC-фильтры высокого порядка. - М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.7. Kapustyan V.I. High-order active RC filters. - M .: Radio and communication, 1985 .-- 248 p.

8. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 320 с.8. Moshits G., Horn P. Designing active filters: Per. from English - M .: Mir, 1984 .-- 320 p.

9. Г. Лэм. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 592 с.9.G. Lam. Analog and digital filters. Calculation and implementation: Per. from English - M .: Mir, 1982 .-- 592 p.

10. Schubert Thomas F., Kim Ernest M. Fundamentals of Electronics, Book 3. Active Filters and Amplifier Frequency Response / Morgan & Claypool Publishers, 2014. - 924 pp.10. Schubert Thomas F., Kim Ernest M. Fundamentals of Electronics, Book 3. Active Filters and Amplifier Frequency Response / Morgan & Claypool Publishers, 2014. - 924 pp.

11. Hercules G. Dimopoulos. Analog Electronic Filters: Theory, Design and Synthesis/ Springer Science+Business Media New York, 2015. - 577 pp.11. Hercules G. Dimopoulos. Analog Electronic Filters: Theory, Design and Synthesis / Springer Science + Business Media New York, 2015 .-- 577 pp.

12. Патент RU 2110140, 1998 г.12. Patent RU 2110140, 1998

13. Патент RU 2063657, 1996 г.13. Patent RU 2063657, 1996

14. Патент JPS6379408, 1998 г.14. Patent JPS6379408, 1998

15. Патент US4356451, 1982 г.15. Patent US4356451, 1982

16. Патент RU 2517323, 2014 г.16. Patent RU 2517323, 2014

17. Патент CN109743152, 2019 г.17.Patent CN109743152, 2019

Claims (1)

Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка, содержащий вход (1) устройства, связанный с источником сигнала (2), выход (3) устройства, подключенный к нагрузке (4), входной полосовой фильтр второго порядка с первым (5) и вторым (6) входами, а также основным выходом (7), причем первый (5) вход входного полосового фильтра второго порядка подключен к инвертирующему входу первого (8) операционного усилителя через первый (9) резистор, инвертирующий вход первого (8) операционного усилителя связан с его выходом через второй (10) резистор, инвертирующий вход первого (8) операционного усилителя соединён с инвертирующим входом второго (11) операционного усилителя, инвертирующий вход второго (11) операционного усилителя связан с его выходом через третий (12) резистор, выход второго (11) операционного усилителя соединён с основным выходом (7) входного полосового фильтра второго порядка, выход первого (8) операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго (11) операционного усилителя через первый (13) конденсатор, неинвертирующий вход первого (8) операционного усилителя согласован с общей шиной источника питания (14), второй (6) вход входного полосового фильтра второго порядка связан с инвертирующим входом третьего (15) операционного усилителя через последовательно соединённые четвертый (16) и пятый (17) резисторы, общий узел которых связан с общей шиной источника питания (14) через шестой (18) резистор, выход третьего (15) операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого (19) операционного усилителя через второй (20) конденсатор, неинвертирующий вход третьего (15) операционного усилителя подключен к неинвертирующему входу второго (11) операционного усилителя и соединён с выходом четвертого (19) операционного усилителя через седьмой (21) резистор, инвертирующий вход четвертого (19) операционного усилителя связан с его выходом через восьмой (22) резистор, выход третьего (15) операционного усилителя подключен к объединённым инвертирующим входам третьего (15) и четвертого (19) операционных усилителей через девятый (23) резистор, выход первого (8) операционного усилителя соединён с неинвертирующим входом четвертого (19) операционного усилителя через десятый (24) резистор, основной выход (7) входного полосового фильтра второго порядка связан с общим узлом четвертого (16) и пятого (17) резисторов через одиннадцатый (25) резистор, источник сигнала (2) и нагрузка (4) согласованы с общей шиной источника питания (14), отличающийся тем, что в схему устройства введен выходной полосовой фильтр (26), идентичный входному полосовому фильтру по составу элементов, связей между ними и функциональному назначению входов и выходов, содержащий первый (27) (in.1*) и второй (28) (in.2*) входы, а также основной выход (29) (out.1*), вспомогательный резистор (30), причем основной выход (7) входного полосового фильтра второго порядка подключен ко второму (28) (in.2*) входу выходного полосового фильтра второго порядка (26), основной выход (29) (out.1*) выходного полосового фильтра второго порядка (26) соединён с выходом (3) устройства и подключен к инвертирующему входу второго (11) операционного усилителя входного полосового фильтра второго порядка через вспомогательный резистор (30), вход (1) устройства соединён со вторым (6) входом входного полосового фильтра второго порядка, первый (5) вход входного полосового фильтра второго порядка и первый (27) (in.1*) вход выходного полосового фильтра второго порядка (26) согласованы с общей шиной источника питания (14). Fourth-order high-pass bandpass filter containing an input (1) of the device connected to a signal source (2), an output (3) of a device connected to a load (4), an input band-pass filter of the second order with the first (5) and second (6) inputs , as well as the main output (7), and the first (5) input of the input bandpass filter of the second order is connected to the inverting input of the first (8) operational amplifier through the first (9) resistor, the inverting input of the first (8) operational amplifier is connected to its output through the second (10) resistor inverting the input of the first (8) operational amplifier is connected to the inverting input of the second (11) operational amplifier, the inverting input of the second (11) operational amplifier is connected to its output through the third (12) resistor, the output of the second (11) operational amplifier amplifier is connected to the main output (7) of the input bandpass filter of the second order, the output of the first (8) operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second (11) operational amplifier amplifier through the first (13) capacitor, the non-inverting input of the first (8) operational amplifier is matched to the common bus of the power source (14), the second (6) input of the second-order input bandpass filter is connected to the inverting input of the third (15) operational amplifier through the fourth series connected in series (16) and fifth (17) resistors, the common node of which is connected to the common bus of the power source (14) through the sixth (18) resistor, the output of the third (15) operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth (19) operational amplifier through the second (20 ) a capacitor that non-inverting the input of the third (15) operational amplifier is connected to the non-inverting input of the second (11) operational amplifier and connected to the output of the fourth (19) operational amplifier through the seventh (21) resistor, the inverting input of the fourth (19) operational amplifier is connected to its output through the eighth (22) resistor, the output of the third (15) operational amplifier is connected to the combined inverting inputs of the third (15) and fourth (19) operational amplifiers through the ninth (23) resistor, the output of the first (8) operational amplifier is connected to the non-inverting input of the fourth (19) operational amplifier through the tenth (24) resistor, the main output (7) of the input bandpass filter of the second order is connected to the common node of the fourth (16) and fifth (17) resistors through the eleventh (25) resistor, the signal source (2) and the load (4) are matched with the common bus of the power source (14), characterized in that the circuit device introduced an output band-pass filter (26), identical to the input band-pass filter in terms of the composition of elements, connections between them and the functional purpose of inputs and outputs, containing the first (27) (in.1 *) and the second (28) (in.2 *) inputs , as well as the main output (29) (out.1 *), an auxiliary resistor (30), and the main output (7) of the input bandpass filter of the second order is connected to the second (28) (in.2 *) input of the output bandpass filter of the second order (26), main exit (29) (out.1 *) of the output bandpass filter of the second order (26) is connected to the output (3) of the device and is connected to the inverting input of the second (11) operational amplifier of the input bandpass filter of the second order through an auxiliary resistor (30), the input (1) of the device is connected with the second (6) input of the second-order input band-pass filter, the first (5) input of the second-order input band-pass filter and the first (27) (in.1 *) input of the second-order output band-pass filter (26) are matched with the common power supply bus (14 ).
RU2020140330A 2020-12-08 2020-12-08 Fourth-order broadband bandpass filter RU2749605C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140330A RU2749605C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Fourth-order broadband bandpass filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020140330A RU2749605C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Fourth-order broadband bandpass filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749605C1 true RU2749605C1 (en) 2021-06-16

Family

ID=76377470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020140330A RU2749605C1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Fourth-order broadband bandpass filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2749605C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4356451A (en) * 1980-06-16 1982-10-26 Wilson Harold E Active band pass filter
SU1381688A1 (en) * 1984-04-05 1988-03-15 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Active order of four rc-filter
RU2063657C1 (en) * 1991-05-22 1996-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет N-order band-pass filter
RU2110140C1 (en) * 1995-06-05 1998-04-27 Таганрогский государственный радиотехнический университет Adjustable arc filter
RU2009125673A (en) * 2006-12-08 2011-01-20 Роберт Бош ГмбХ (DE) BAND SIGMA DELTA ANALOG-DIGITAL CONVERTER FOR TRANSMISSION OF THE INTERMEDIATE FREQUENCY SIGNAL
US20170141760A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Qualcomm Incorporated Baseband filters and interfaces between a digital-to-analog converter and a baseband filter
US9705474B2 (en) * 2015-09-11 2017-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Complex band pass filter and receiver
CN109743152A (en) * 2019-01-21 2019-05-10 江苏理工学院 A kind of quadravalence memristor bandpass filter chaos circuit
RU200408U1 (en) * 2019-07-22 2020-10-22 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт экспериментальной медицины" (ФГБНУ "ИЭМ") Bandpass filter with tunable frequency range for continuous spectral analysis of cardiointervalogram
RU2738030C2 (en) * 2015-11-23 2020-12-07 Анлотек Лимитед Tunable filter

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4356451A (en) * 1980-06-16 1982-10-26 Wilson Harold E Active band pass filter
SU1381688A1 (en) * 1984-04-05 1988-03-15 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Active order of four rc-filter
RU2063657C1 (en) * 1991-05-22 1996-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет N-order band-pass filter
RU2110140C1 (en) * 1995-06-05 1998-04-27 Таганрогский государственный радиотехнический университет Adjustable arc filter
RU2009125673A (en) * 2006-12-08 2011-01-20 Роберт Бош ГмбХ (DE) BAND SIGMA DELTA ANALOG-DIGITAL CONVERTER FOR TRANSMISSION OF THE INTERMEDIATE FREQUENCY SIGNAL
US9705474B2 (en) * 2015-09-11 2017-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Complex band pass filter and receiver
US20170141760A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 Qualcomm Incorporated Baseband filters and interfaces between a digital-to-analog converter and a baseband filter
RU2738030C2 (en) * 2015-11-23 2020-12-07 Анлотек Лимитед Tunable filter
CN109743152A (en) * 2019-01-21 2019-05-10 江苏理工学院 A kind of quadravalence memristor bandpass filter chaos circuit
RU200408U1 (en) * 2019-07-22 2020-10-22 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт экспериментальной медицины" (ФГБНУ "ИЭМ") Bandpass filter with tunable frequency range for continuous spectral analysis of cardiointervalogram

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2704530C1 (en) Broadband band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient
RU2677362C1 (en) Active rc filter
RU2701095C1 (en) Low-sensitivity bandpass filter with independent adjustment of main parameters
RU2737390C1 (en) Universal band-pass filter, low-pass filter and rejection filter on three multi-differential operational amplifiers
RU2697945C1 (en) Active third-order active low-pass rc-filter based on an operational amplifier with a paraphrase output
RU2656728C1 (en) Arc-filter of bottom frequencies with an independent setting of main parameters
RU2749605C1 (en) Fourth-order broadband bandpass filter
RU2748609C1 (en) Fourth-order low-frequency filter
RU2752254C1 (en) Fourth order band filter
RU2694135C1 (en) High-frequency arc-filter with independent adjustment of main parameters
RU2694134C1 (en) Band pass arc-filter on two operational amplifiers with increase in pole frequency and independent adjustment of main parameters
RU2697944C1 (en) Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters
RU2760871C1 (en) Fourth-order bandpass filter
RU2701038C1 (en) Band-pass filter on two operational amplifiers with independent adjustment of main parameters
RU199745U1 (en) Tunable notch active RC filter
RU2736239C1 (en) Universal band-pass and rejection filter with controlled bandwidth
RU2748608C1 (en) Fourth-order notch filter
RU2754924C1 (en) Fourth order rotary filter
RU2748610C1 (en) Fourth-order broadband bandpass filter with single input and paraphase output
RU2718709C1 (en) Band-pass filter with independent adjustment of main parameters
RU2722752C1 (en) Band-pass filter with independent adjustment of pole frequency, pole attenuation and transmission coefficient
RU2749400C1 (en) Fourth-order notch filter
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
RU2721405C1 (en) Universal programmable arc-filter based on r-2r matrices