SU987801A1 - Активный четырехполюсник второго пор дка - Google Patents

Description

() АКТИВНЫЙ ЧЕТЫРЕХПОЛОСНИК ВТОРОГО

Изобретение относитс  к радиотех нике и может использоватьс  в устройствах , предназначенных дл  выделени  сигналов на фоне помех по их частотному признаку в приемниках сла1бых сигналов, устройствах св зи, гест физики, вычислительной техники и др.

Известен активный четырехполюсник второго пор дка, содержащий последо- to вательно соединенные первый операционный усилитель и интегратор, выполненный на втором операционном усилителе , неинвертирующий вход которого подклю Тен к инвертирующему входу первого операционного усилител , а также два, подключенных к входу устройства пассивных четырехполюсника, каждый из которых включен между неинвертирующим входом одного операци- 20 онного усилител  и выходом другого операционного усилители Cl.

В известном устройстве с двум  операционными усилител ми (ОУ) поПОРЯДКА

грешность, определ юща  потери компенсации , вычисл етс  по формуле

.

(1)

гранична  частота опегде рационных усилителей (ОУ);

и (i - собственна  частота и

/6 добротность активного четырехполюсника; У - петлевое усилие, определ емое соотношением резисторов, содержащихс  в пассивном четырех полюснике, образованном R-цепью.

Отсюда следует, что в известном устройстве имеет место взаимна  компенсаци  высокочастотных полюсов пе:редаточных функций различных ОУ, т.е.имеет место эффект взаимной компенсации потерь. Поэтому оно на двух ОУ характеризуетс  относительно большим запасом устойчивости, меньшей нестабильностью и позвол ют при использовании однотипных ОУ с близкими ПО ве личине площад ми усилени  реализоват в 5-10 раз более высокие значени  произведени  Q(j устройства, в которых данный эффект отсутствует. Положительные свойства известного устройства наиболее заметно про вл ютс , когда два его ОУ имеют близкую площадь усилени  и близкую стабильность . Однако на практике площади ус лени  ОУ в среднем отличаютс  друг от друга в два раза, а в отдельных случа х в -5 раза/С промышленностью не выпускаютс  микросхемы с двум  идентичными ОУ). Из формулы (1) видно, что дл  реализации услови  при F, 7 необходимо соответственно увеличить п :тлевое уси ,ленив -у , а при F Г уменьшить Однако от петлевого усилени  завис т практически все основные характеристики резонатора - собствен ные частоты нулей и полюсов передаточной функции (f fо ), добротности Q и Q(j нулей и полюсов передаточной функции и т.По Поэтому, если нарушено исходное (расчетное Р значение 1, то необходимо далее выпол нить настройку схемы на заданную рабочую частоту .за счет изменени  но миналов частотозадающих резисторов, которые содержатс  в соответствующем пассивном четырехполюснике, выполненном на Р-С-цеп х, а также настроить схему на заданную добротность . Затем следует вновь осуществить проверку реализации услови  ком пенсации потерь и при необходимости еще раз повторить все операции по настройке,, Таким образом, зависимост частоты и добротности полюсов и нулей передаточной функции известного устройства от петлевого усилени  У и зависимость от этого же параметра услови  компенсации потерь погрешнос ти в (1) определ ет необходимость и сложность его настройки. Цель изобретени  - расширение диа пазона рабочих частот, повышение добротности и устойчивости, а также упрощение настройки Поставленна  цель достигаетс  тем что в четырехполюсник второго пор дка , содержащем последовательно соединенные первый операционный усилитель и Интегратор, выполненный на втором операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подключен к инвертирующему входу первого операционного усилител , а также два подключенных ко входу устройства пассивных четырехполюсника, каждый из которых включен между инвертирующим входом одного операционного усилител  и выходом другого операционного усилител , введены два резистора, первый из которых включен между неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго операционных усилителей , а между входами второго операционного усилител  включен второй резистор. На фиг. 1 приведена функциональна  электрическа  схема предлагаемо го устройства; на фиг. 2 и 3 - примеры конкретной реализации предлагаемого устройства„ Устройство (фиг. 1) содержит первый операционный усилитель (ОУ ) 1, интегратор 2, состо щий из второго ОУ 3, конденсатора k, резистора 5, два пассивных четырехполюсника 6, 7 и два введенных резистора 8 и 9 В устройстве (фиг. 2) пассивный четырехполюсник 6 содержит резисторы 10 и 11, образующие R-цепь нулевого пор дка , пассивный четырехполюсник 7 содержит резисторы 12 и 13JKOндeнca- тор 14, образующие RC-цепь первого пор дка„ В устройстве (фиг„ 3) пассивный четырехполюсник 6 содержит резисторы 10 и 11, образующие R-цепь нулевого пор дка, пассивный четырехполюсник 7 содержит резисторы 12 и 13, конденсатор Н и резистор 15, образующие RC-цепь первого пор дка. Устройство работает следующим образом . В зависимости от частоты входного сигнала в устройстве создаетс  различна  глубина обратной св зи, определ юща  величину знаменател  его коэффициента передачи, на собственной частоте полюсов 2:KRC acRct .,, ii . где величина петлевого усилени ; R ,R сопротивлени  резисторов 10 -lO 14 и П. Знаменатель коэффициента передачи принимает минимальное свое значение. определ емое величиной добротности CL f равной отношению двух сопротивлений резисторов 10 и 11 (или дву (. емкостей), от одного или двух из которых не зависит частота f . При это в зависимости от того имеют ли пассивные четырехполюсники 6 и 7 через соответствующие свои элементы св зь или с общей шиной, или (и) с входом устройства и в зависимости от того, где осуществл етс  съем сигнала, реа лизуютс  те или другие передаточные функции второго пор дка (фиг. 2 и 3) В первом приближении, когда усиле ние ОУ считаетс  бесконечным(, резисторы 8 и 9 (Rg, RO) не оказывают вли ние на работу устройств и на все характеристики, что вытекает из следующего ОУ как активный прибор с коэффициентом передачи по двум своим дифференциальным входам описываетс  уравнением вида ь)Г . VI) «которое устанавливает св зи между напр жением на вх де ОУ и напр)шенилми U- , деист вующими между соответсТвуюи(ими его входами и общей шиной. Отсюда следует , что разность входных напр жений V - V toio/ - Поэтому напр жени , действующие на входах иУ ... . . равны друг другу, т.е. Уц- V-, Устройство содержит два ОУ. Тогда дл  первого ОУ 1 напр жени  J, а дл  второго ОУ 3 напр жени  vj i- е. Кроме того, вход - первого ОУ I и вход + второго ОУЗ соединены между собой Поэтому напр жени  / и- равны друг другу при произволь ных значени х усилени  ОУ, Окончательно имеем ,. л ,„, . VV vi4 vi, .;(з Vi , при const. Итак, четыре входных вывода двух ОУ 1 ИОУ 3 из которых два вывода соединены между собой, образуют в устройстве три эквипотенциальных узла, если J -чto , Подключение ре- . зисторов 8 и 9 к таким узлам не изме н ет действующих на этих узлах напр жений . Поэтому резисторы 8 и 9 не оказывают вли ние на все характеристики устройства, рассчитанные при идеальных ОУ (fj - j, в том числе на добротность Q(li) и частоту . полюсов (нулей) передаточной функции, . Qo. 9} (4) и (Rg, Конечность усилени  ОУ главным образом вли ет на добротность предлагаемого устройства, что позвол ет учитывать воздействие резисторов 8 и 9 только на эту его характеристику. Таким образом, известное и предлагаемое устройства характериэ тс  одинаковым набором отмеченных ранее положительных свойств при условии, КОГ-да можно не учитывать конечность усилени  ОУ. Отметим, что введение резисторов 8 и 9 в эквипотенциальные узлы предлагаемого устройства и эквивалентные преобразовани  св зантю с переключени ми выводов ОУ относительно пассивной части схемы  вл ютс  двум  достаточно сильными способами воздействи  на одни и те же характеристики активной цепи, причем , важно, что как те-; так и другие не измен ют частотную зависимость п воначально скорректированных ОУ. Расчёты показывают, что дл  предлагаемого устройства погрешность rf- имеют вид )L- Alt flKo( )дв) ДЯ г 1, здесь коэффициенты «ч «. f,. ff tj f-iff лъ «% о na%/v °л . состо т из .разности двух чисел ,значени  которых определ ютс  пассивными элементами схемы и не завис т от-площади усилени  активных приборов. Если в предлагаемом устройстве пассивный четырехполюс- , ник 6  вл етс  RC-цепью первого пор дка , а пассивный четырехполюсник7 R-цепью, то Or«,-.-%f Т). v-™..:(-lt)) где 5 сопротивление резистора 5 сопрот и вление час тотозадающего резистора, который содержитс  в RC-цепи первого пор дка а данном случае в пассивном четырехполюснике 7 ; , - R сопротивлени  резисторов 10 и 11 R-цепи устройства (в данном случае пассивного четырехполюсника 6), определ  ющие его петлевое усиление 2r Rio/Riv Дл  схем, в которых пассивный четырех полюсник 6  вл етс  1.-цепью, а пассивный четырехполюсник 7  вл етс  ЯС цепью первого пор дка (фиг. 3, можно проводимости GO / RQ Резистора 9 придать граничное значение, равное нулюСОд 0, что соответствует исключению этого резистора из схемы. Тогда в выражении (5 ) дл  погрешности коэффициенты .v«.v,,.VfbM V -ReV4 0/ V R,/ RII (. R5 W. Ria a,m,-yi,)-(l-) Полага  в Q 2 и, например h|Rg О,, Р./Й9 2,, реализуем условие 6 О при равенстве нулю коэфф1.,4иентов а и ,a,j. Аналогично, если в (7) прин ть RH г (Т 1), Re . то О при а О и 0. Отсюда и из формулы дл  погрешности известной схемы видно, что в предлагаемой схеме условие сГг. О реализуетс  и 82. о, в известной схе при а 0 (а. 7 О, , f О и ме - при а. а, о). Таким образом, в известной схеме имеет место взаимна  ко(9пенсаци  высокочастотных полюсов передато ных функций активных приборов типа ОУ, а в предлагаемой схеме - собстве на  компенсаци . Это различие объ сн етс  следующим. Обе схемы содержат в петле обратной св зи два канала передачи сигнала. При этом в известной схеме в каждом из этих каналов за счет неидеальностей ОУ создаютс  дополнительные (паразитные) фазовые сдвиги противоположного знака В предлагаемой схеме погрешность потерь (Гл (компенсаци  дополнительных фазовых сдвигов) реализуетс  иначе. Из формул (5) - (7) видно, что если в схеме удалить резисторы 8 и 9, т.е. прин ть 1/gg 1/R О, то погрешность (fg 0. Отсюда видно, что при этом предлагаема  схема работает аналогично схемам на интеграторах - схеме типа биквад, схеме переменных состо ний и др. Дл  данной схемы погрешность сГ(5 О,так .как в ней имеютс  ОУ, охваченные через конденсаторы местной обратной св зью. Резисторы 8 и 9 через элементы соответствующих пассивных четы рехполюсников 6 и 7 шунтируют эти конденсаторы и тем самым компенсируют их воздействие и воздействие площади усилени  ОУ на добротность схемы . При этом шунтирование производитс  таким образом, что резисторы 8 и 9 не вли ют на основные характеристики схемы, рассчитанные при идеальных ОУ ( - 00 ). .В предлагаемом устройстве с соб«ственной компенсацией неидеальностей ОУ добротность 8 значительной степени меньше зависит от площади усилени  ОУ, чем в известном устройстве с взаимной компенсацией. Зависимость же от пассивных элементов услови  компенсации (f О практически одинакова в обоих схемах. Однако этой зависимостью можно пренебречь, так как, во-первых, допуск на технологический разброс резисторов контролируетс  и в соответствии с ТУ дл  различных типов резисторов составл ет величину от 0,1 до 5, а площадь усилени  активных приборов типа ОУ в соответствии с ТУ определ етс  только по нижней границе (F50,8-10 Гц; и имеет сравнительно большой первоначальный технологический разброс и, во-вторых, температурна  стабильность резисторов в 5-10 раз выше стабильности площади усилени  и других параметров ОУ. Учитыва  все это, можно сделать еледующи е вы воды„ Во-первых, при прочих равных услови х , . на одной и той же рабочей частоте и при одной и той же реализуемой добротности, ожидаемое температурное отклонение погрешности(, от своего первоначального значени  ОQ О в предлагаемом устройстве будет в 2-3 раза ниже, чем в известном устройстве. Дл  грубого эмпирического расчета можно считать, что данное температурное отклонение при переп паде температур в 60-80С определ етс  соответственно по формулам ( rfp),a oQo|F и (cfQVO,SfoQo|PЕсли CcfQ. 0,2, то 1С дл  предлагаемого устройства и f Q $0,4v известного устройства . Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет повысить добротность , полосу рабочих частот, стабильность и устойчивость. Во-вторых, так 99 как в устройстве условие компенсации неидеальностей каждого активного при бора типа ОУ определ етс  разностью двух чисел, значени  которых в основном завис т только от сопротивлений резисторов, в том числе от сопротивлений резисторов 8 и 9, от которых, в свою очередь, не завис т основные характеристики резонатора, то реализаци  данного услрви  возможна при расчетных ( или близких к расчетным } значени м соответствующих сопротивлений и при произвольном начальном разбросе параметров ОУ известное устройство таким свойством не обладает, что упрощает, а практически исключает , настройку предлагаемого устройства по данному критерию. аким образом, в предлагаемом устроистве можно реализовать более высокие значени  произведени  рабочей частоты на добротность QQ при определенной температурной стабильноеnlT .n,, ° - ильности при определенном значении пройзведечи  рр и , кроме того, в нем значительно упрощена настройка по реализации услови  компенсации неидеальностей активных приборов. 01 0. Фбрмула изобретени  Активный четырехполюсник второго пор дка, содержащий последовательно соединенные первый операциожшй усилитель и интегратор, выполне 1ный на втором операционном усилителе, неимвертирующий вход которого подключен к инвертирующему входу первого ционного усилител , а также два подключенных к в«оду устройства -пассивных четырехполюсника, каждый из которых включен между неинвертирупщим входом,одного операционного усилител  и выходом другого операционного усилител , отличающийс   тем, что, с целью расширени  диа пазона рабочих частот,повышени  добротности и устойчивости, а также упрощени  настройки, введены два оем н « . . -- . , .- .f,,,,, зистора, первый из которых включен между неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго опе{ ационного усилител , а между входами второго операционного усилител  включен второй резистор, Источники информации, рин тые во внимание при экспертизе 1о Патент ФРГ V 231761 А, л. Н 03 Н П/ОО, 1975(|рототип;.

Claims (1)

1. Формула изобретения ·

   Активный четырехполюсник второго порядка, содержащий последовательно соединенные первый операционный усилитель и интегратор, выполненный на втором операционном усилителе, неинвертирующий вход которого подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а также два подключенных к в^оду устройства -пассивных четырехполюсника, каждый из которых включен между неинвертирующим входом одного операционного усилителя и выходом другого операционного усилителя, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот/повышения добротности и устойчивости, а также упрощения настройки, введены два резистора, первый из которых включен между неинвертирующим входом первого и инвертирующим входом второго операционного усилителя, а между входами второго операционного усилителя включен второй резистор.