RU2800970C1 - Фильтр низких частот - Google Patents
Фильтр низких частот Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800970C1 RU2800970C1 RU2023105432A RU2023105432A RU2800970C1 RU 2800970 C1 RU2800970 C1 RU 2800970C1 RU 2023105432 A RU2023105432 A RU 2023105432A RU 2023105432 A RU2023105432 A RU 2023105432A RU 2800970 C1 RU2800970 C1 RU 2800970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- frequency
- input
- series
- low
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Техническим результатом изобретения является возможность независимой настройки разными резисторами коэффициента передачи фильтра низких частот (ФНЧ), частоты полюса и добротности полюса ФНЧ и обеспечение в схеме низкой чувствительности коэффициента передачи на низкой частоте к различным дестабилизирующим факторам - допускам на параметры элементов схемы и изменению их характеристик от температуры или радиации. Фильтр низких частот в качестве выходного усилителя напряжения (3) содержит инвертирующий операционный усилитель. Общий узел последовательно соединенных первого (12) частотозадающего конденсатора и второго (13) частотозадающего резистора связан с инвертирующим входом выходного усилителя напряжения (3) через первый (16) дополнительный резистор. Выход устройства (2) соединен со входом первого (9) повторителя напряжения через второй (17) дополнительный резистор, а второй (15) частотозадающий конденсатор включен между выходом третьего (14) повторителя напряжения и инвертирующим входом выходного усилителя напряжения (3). 9 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций.
Активные RC-фильтры (ARCФ) низких частот (ФНЧ) относятся к числу достаточно распространенных аналоговых устройств фильтрации [1-9], определяющих качественные показатели многих радиотехнических и измерительных систем. Практическому применению ARCФ данного класса посвящено более 1000 научных статей и патентов в разных странах мира, в том числе [1-9].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является фильтр низких частот, описанный в патенте RU 2784375, fig. 2, 2022 г. Он содержит (фиг. 1) вход 1 и выход 2 устройства, выходной усилитель напряжения 3, низкоомный выход которого подключен к выходу 2 устройства, первый 4 и второй 5 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, третий 7 и четвертый 8 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, первый 9 повторитель напряжения, вход которого связан со входом устройства 1 через первый 10 частотозадающий резистор, второй 11 повторитель напряжения, вход которого соединен с общим узлом первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов, а выход связан с выходом первого 9 повторителя напряжения через последовательно соединенные первый 12 частотозадающий конденсатор и второй 13 частотозадающий резистор, общий узел третьего 7 и четвертого 8 последовательно соединенных резисторов связан со входом третьего 14 повторителя напряжения, выход которого соединен с первым выводом второго 15 частотозадающего конденсатора.
Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что в нем не реализуется независимая настройка коэффициента передачи от других параметров - частоты полюса и добротности полюса.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании фильтра низких частот, в котором предусмотрена независимая настройка разными резисторами коэффициента передачи ФНЧ, частоты полюса и добротности полюса ФНЧ. При этом в схеме обеспечивается низкая чувствительность коэффициента передачи на низкой частоте к различным дестабилизирующим факторам - допускам на параметры элементов схемы и изменению их характеристик от температуры или радиации.
Поставленная задача достигается тем, что в фильтре низких частот фиг. 1, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, выходной усилитель напряжения 3, низкоомный выход которого подключен к выходу 2 устройства, первый 4 и второй 5 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, третий 7 и четвертый 8 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, первый 9 повторитель напряжения, вход которого связан со входом устройства 1 через первый 10 частотозадающий резистор, второй 11 повторитель напряжения, вход которого соединен с общим узлом первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов, а выход связан с выходом первого 9 повторителя напряжения через последовательно соединенные первый 12 частотозадающий конденсатор и второй 13 частотозадающий резистор, общий узел третьего 7 и четвертого 8 последовательно соединенных резисторов связан со входом третьего 14 повторителя напряжения, выход которого соединен с первым выводом второго 15 частотозадающего конденсатора, предусмотрены новые элементы и связи - в качестве выходного усилителя напряжения 3 используется инвертирующий операционный усилитель, общий узел последовательно соединенных первого 12 частотозадающего конденсатора и второго 13 частотозадающего резистора связан с инвертирующим входом выходного усилителя напряжения 3 через первый 16 дополнительный резистор, выход устройства 2 соединен со входом первого 9 повторителя напряжения через второй 17 дополнительный резистор, а второй 15 частотозадающий конденсатор включен между выходом третьего 14 повторителя напряжения и инвертирующим входом выходного усилителя напряжения 3.
На чертеже фиг. 1 показана схема ФНЧ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого фильтра низких частот в соответствии с формулой изобретения.
На чертеже фиг. 3 приведена схема ФНЧ фиг. 2 в среде моделирования Micro-Cap.
На чертеже фиг. 4 представлены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в районе частоты полюса при изменении сопротивления резистора R4 в диапазоне 5-20 кОм.
На чертеже фиг. 5 показаны амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в более широком диапазоне частот при изменении сопротивления резистора R4 в диапазоне 5-20 кОм.
На чертеже фиг. 6 приведены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в районе частоты полюса при изменении сопротивления резистора R5 в диапазоне 0-18 кОм.
На чертеже фиг. 7 представлены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в более широком диапазоне частот при изменении сопротивления резистора R5 в диапазоне 0-18 кОм.
На чертеже фиг. 8 показаны амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в районе частоты полюса при изменении сопротивления резистора R8 в диапазоне 0,25-1 кОм.
На чертеже фиг. 9 приведены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики ФНЧ фиг. 3 в более широком диапазоне частот при изменении сопротивления резистора R8 в диапазоне 0,25-1 кОм.
Из анализа графиков на чертежах фиг. 4-9 следует, что в предлагаемом фильтре низких частот возможна независимая регулировка и настройка параметров разными резисторами в следующей последовательности: коэффициент передачи - путем изменения сопротивлений резисторов R3 и/или R4, частоты полюса - путем изменения сопротивлений резисторов R5 и/или R6, затухания полюса - путем изменения сопротивлений резисторов R7 и/или R8. Графики на чертежах фиг. 4 и 5 показывают, что коэффициент передачи может быть установлен как меньше, так и больше единицы (меньше или больше 0дБ). При этом чувствительность коэффициента передачи к изменению параметров других элементов схемы остаётся экстремально низкой и равной нулю, т.е. коэффициент передачи ФНЧ зависит только от отношения сопротивлений двух резисторов R3 и R4 (смотрите далее формулу (1)).
Фильтр низких частот фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, выходной усилитель напряжения 3, низкоомный выход которого подключен к выходу 2 устройства, первый 4 и второй 5 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, третий 7 и четвертый 8 последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства 2 и общей шиной источников питания 6, первый 9 повторитель напряжения, вход которого связан со входом устройства 1 через первый 10 частотозадающий резистор, второй 11 повторитель напряжения, вход которого соединен с общим узлом первого 4 и второго 5 последовательно соединенных резисторов, а выход связан с выходом первого 9 повторителя напряжения через последовательно соединенные первый 12 частотозадающий конденсатор и второй 13 частотозадающий резистор, общий узел третьего 7 и четвертого 8 последовательно соединенных резисторов связан со входом третьего 14 повторителя напряжения, выход которого соединен с первым выводом второго 15 частотозадающего конденсатора. В качестве выходного усилителя напряжения 3 используется инвертирующий операционный усилитель, общий узел последовательно соединенных первого 12 частотозадающего конденсатора и второго 13 частотозадающего резистора связан с инвертирующим входом выходного усилителя напряжения 3 через первый 16 дополнительный резистор, выход устройства 2 соединен со входом первого 9 повторителя напряжения через второй 17 дополнительный резистор, а второй 15 частотозадающий конденсатор включен между выходом третьего 14 повторителя напряжения и инвертирующим входом выходного усилителя напряжения 3.
Рассмотрим работу предлагаемого ФНЧ фиг. 2 с обозначениями элементов в среде Micro-Cap на чертеже фиг. 3.
В результате математического анализа схемы фиг. 2 (фиг. 3) при , можно показать, что:
- коэффициент передачи ФНЧ на нулевой частоте
- коэффициент передачи ФНЧ на частоте полюса
- частота полюса
- затухание полюса
Представленные выше математические выражения (1)-(4) позволяют сделать следующие выводы о преимуществах заявляемого ФНЧ в сравнении с ФНЧ-прототипом.
Анализ приведенных формул (1)-(4) показывает, что независимая настройка параметров схемы может быть выполнена в следующей последовательности:
1. В соответствии с формулой (1) с помощью резисторов R3 и R4 настраивается коэффициент передачи на низкой частоте. Далее эти резисторы не используются для настройки других параметров схемы.
2. В соответствии с формулой (3) с помощью резисторов R5 и R6 настраивается частота полюса. Далее эти резисторы не используются для настройки затухания полюса.
3. В соответствии с формулой (4) с помощью резисторов R7 и R8 настраивается затухание полюса.
Благодаря тому, что коэффициент передачи на низкой частоте (1) определяется отношением двух резисторов и не зависит от параметров других элементов схемы, достигается его высокая стабильность при различных дестабилизирующих факторах.
Следует также отметить, что путем выбора численного значения отношения резисторов R3 и R4 согласно формуле (1) в схеме ФНЧ коэффициент передачи может быть реализован как больше, так и меньше единицы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US 5.963.112 fig. 8b, fig. 13, 1999 г.
2. Патент EP 0241383 fig. 1, fig. 2, 1987 г.
3. Патент US 6.967.606 fig. 5, 2005 г.
4. Патент US 7.835.434 fig. 7, 2010 г.
5. Патентная заявка US 2006/0186951 fig. 2, 2006 г.
Патент CN 102217204 fig. 6, 2009 г.
6. Патент US 9.614.496 fig. 1, fig. 2 2017 г.
7. Патент US 10.243.519, fig. 1, 2019 г.
8. Патент US 9.716.477, fig. 1, 2017 г.
9. Moschytz, George S. Analog Circuit Theory and Filter Design in the Digital World: With an Introduction to the Morphological Method for Creative Solutions and Design. Springer, 2019, 551 p. doi: 10.1007/978-3-030-00096-7 Slide 7.24 (стр. 163), Slide 8.8 (стр. 172), Slide 8.17 (стр. 177), Slide 8.34 (стр. 186).
Claims (1)
- Фильтр низких частот, содержащий вход (1) и выход (2) устройства, выходной усилитель напряжения (3), низкоомный выход которого подключен к выходу (2) устройства, первый (4) и второй (5) последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства (2) и общей шиной источников питания (6), третий (7) и четвертый (8) последовательно соединенные резисторы, включенные между выходом устройства (2) и общей шиной источников питания (6), первый (9) повторитель напряжения, вход которого связан со входом устройства (1) через первый (10) частотозадающий резистор, второй (11) повторитель напряжения, вход которого соединен с общим узлом первого (4) и второго (5) последовательно соединенных резисторов, а выход связан с выходом первого (9) повторителя напряжения через последовательно соединенные первый (12) частотозадающий конденсатор и второй (13) частотозадающий резистор, общий узел третьего (7) и четвертого (8) последовательно соединенных резисторов связан со входом третьего (14) повторителя напряжения, выход которого соединен с первым выводом второго (15) частотозадающего конденсатора, отличающийся тем, что в качестве выходного усилителя напряжения (3) используется инвертирующий операционный усилитель, общий узел последовательно соединенных первого (12) частотозадающего конденсатора и второго (13) частотозадающего резистора связан с инвертирующим входом выходного усилителя напряжения (3) через первый (16) дополнительный резистор, выход устройства (2) соединен со входом первого (9) повторителя напряжения через второй (17) дополнительный резистор, а второй (15) частотозадающий конденсатор включен между выходом третьего (14) повторителя напряжения и инвертирующим входом выходного усилителя напряжения (3).
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2800970C1 true RU2800970C1 (ru) | 2023-08-01 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0241383A1 (fr) * | 1986-04-11 | 1987-10-14 | STMicroelectronics S.A. | Cellule de filtrage passe-bas pour circuit intégré |
| EP0244116A2 (en) * | 1986-04-28 | 1987-11-04 | Nortel Networks Corporation | Analog circuit improvement in a digital integrated circuit technology |
| US5963112A (en) * | 1996-12-11 | 1999-10-05 | Globespan Technologies, Inc. | Cascaded higher order filter with low sensitivity to component values and a method for designing the same |
| US9614496B1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-04-04 | Analog Devices, Inc. | Filter circuits with emitter follower transistors and servo loops |
| RU2656728C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров |
| RU2671856C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2018-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов |
| RU2694135C1 (ru) * | 2018-09-11 | 2019-07-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0241383A1 (fr) * | 1986-04-11 | 1987-10-14 | STMicroelectronics S.A. | Cellule de filtrage passe-bas pour circuit intégré |
| EP0244116A2 (en) * | 1986-04-28 | 1987-11-04 | Nortel Networks Corporation | Analog circuit improvement in a digital integrated circuit technology |
| US5963112A (en) * | 1996-12-11 | 1999-10-05 | Globespan Technologies, Inc. | Cascaded higher order filter with low sensitivity to component values and a method for designing the same |
| US9614496B1 (en) * | 2015-11-24 | 2017-04-04 | Analog Devices, Inc. | Filter circuits with emitter follower transistors and servo loops |
| RU2656728C1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-06-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров |
| RU2671856C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2018-11-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Устройство формирования опорного напряжения с пониженным уровнем шумов |
| RU2694135C1 (ru) * | 2018-09-11 | 2019-07-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Arc-фильтр верхних частот с независимой подстройкой основных параметров |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MOSCHYTZ, GEORGE S. Analog Circuit Theory and Filter Design in the Digital World: With an Introduction to the Morphological Method for Creative Solutions and Design. Springer, 2019, 551 p. doi: 10.1007/978-3-030-00096-7 Slide 7.24 (стр. 163), Slide 8.8 (стр. 172), Slide 8.17 (стр. 177), Slide 8.34 (стр. 186). * |
| ДЕНИСЕНКО Д.Ю., ПРОКОПЕНКО Н.Н., ИВАНОВ Ю.И., БУГАКОВА А.В. Фильтр низких частот подкласса Sallen-Key с независимой подстройкой основных параметров // Современные проблемы радиоэлектроники. Материалы ХХIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 127-й годовщине Дня радио. Сибирский федеральный университет. Красноярск, 11-14 мая 2022. С.364-369. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2704530C1 (ru) | Широкополосный полосовой фильтр с независимой подстройкой частоты полюса, затухания полюса и коэффициента передачи | |
| Sun et al. | Versatile active biquad based on second-generation current conveyors | |
| RU2677362C1 (ru) | Активный rc-фильтр | |
| RU2701095C1 (ru) | Низкочувствительный полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров | |
| Sotner et al. | Reconnection-less OTA-based biquad filter with electronically reconfigurable transfers | |
| RU2697945C1 (ru) | Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка на базе операционного усилителя с парафазным выходом | |
| Dvorak et al. | Electronically tunable fractional-order low-pass filter with current followers | |
| RU2800970C1 (ru) | Фильтр низких частот | |
| RU2656728C1 (ru) | Arc-фильтр нижних частот с независимой настройкой основных параметров | |
| RU2797040C1 (ru) | Фильтр низких частот на основе мультидифференциального операционного усилителя | |
| US3047808A (en) | Integrator with means for compensating for capacity absorption effects | |
| RU2736239C1 (ru) | Универсальный полосовой и режекторный фильтр с регулируемой полосой пропускания | |
| RU199745U1 (ru) | Перестраиваемый режекторный активный RC-фильтр | |
| RU2701038C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU168065U1 (ru) | Перестраиваемый активный амплитудный rc-корректор | |
| RU2748609C1 (ru) | Фильтр низких частот четвертого порядка | |
| RU2695981C1 (ru) | Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка с дифференциальным входом на базе операционного усилителя с парафазным выходом | |
| RU2697612C1 (ru) | Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка | |
| Nikolić et al. | A tunable bandwidth 6th-order active low-pass filter in 0.18 um CMOS technology | |
| RU2718830C1 (ru) | Полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2722602C1 (ru) | Активный полосовой фильтр второго порядка с независимой подстройкой основных параметров | |
| RU2720558C1 (ru) | Полосовой фильтр на двух операционных усилителях с независимой подстройкой основных параметров | |
| CA1073062A (en) | Equalizer circuit | |
| RU2019025C1 (ru) | Активный rc-фильтр | |
| RU2718709C1 (ru) | Полосовой фильтр с независимой подстройкой основных параметров |