Широкополосний активний полосовий фільтр

25/14 Широкополосний активний полосовий фільтр Винахід відноситься до галузі радіотехніки та автоматики, зокрема, до автоматичних систем керування. Відомо, що існує широкополосний активний полосовий фільтр (Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с анг. - М.: Мир, 1984, стр. 53, рис. 5.2), що є підсилюючим пристрієм на операційному підсилювачі з інверсним входом і частотнозалежним ланцюгом зворотного зв'язку. Частотнозалежним ланцюгом є RC-ланцюг. Проте, такий широкополосний активний полосовий фільтр має недоліки, змістом яких є підвищені вимоги до точності вибирання та стабільності параметрів комплектуючих елементів, складність збирання та налаштування, значні відхилення від постійного рівня коефіцієнта передачі в області пропускання, неможливість використання на частотах >=100 КГц (Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1984, стр. 6; Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: 2хт., Т. 2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1984, стр. 415). В основу цього винаходу положена мета побудови широкополосного активного полосового фільтру, електрична схема якого мала б такі елементи та зв'язки між ними, які забезпечили б можливість використання цього винаходу на частотах >= 100 КГц, дозволили б зменшить вимоги до точності вибирання та до стабільності параметрів комплектуючих елементів, зменшили б складність збирання та налаштування, дозволили б вирівнять коефіцієнт передачі в області пропускання. Це забезпечується тим, що в широкополосному активному полосовому фільтрі в якості ланцюга зворотного зв'язку використовується LRC-ланцюг. LRC-ланцюг являє собою паралельне підключення один до одного паралельного та ланцюгового резонансного контурів, налаштованих на одну і ту ж резонансну частоту, при цьому в ланцюговому контурі послідовно з індуктивністю та ємністю включено резистор, що є елементом, який регулює глибину зв'язку між контурами. Індуктивність ланцюгового контура дорівнює індуктивності паралельного контура. Ємність ланцюгового контура дорівнює ємності паралельного контура. На візднаку від прототипу, в якому в якості частотнозалежного ланцюга використаний RC-ланцюг, в пристрої що заявляється; в я кості частотнозалежного ланцюга використано LRC -ланцюг. LRC-ланцюг в даному випадку дає переваги перед RC-ланцюгом. Ці переваги в літературі проаналізовано в загальному плані таким чином. Активні фільтри (з використанням RC-частотнозалежного ланцюга) дуже умісно використовувати на низьких частотах, але на радіочастотах вони не застосовуються по тій причині, що для їх реалізації необхідні високі швидкості наростання операційних підсилювачів та широкі полоси пропускання. На частотах порядка 100 кГц та вище (а часто на більш низьких) краще всього використовувати фільтри, що складаються з індуктивностей та конденсаторів. При більш детальному розгляді переваги зобумовлюються такими чинниками. По-перше, в LRC - ланцюгу, що пропонується, паралельний та ланцюговий контури налаштовані на одну і ту же резонансну частоту. Завдяки цьому індуктивності та ємності в ланцюговому та паралельному контурах відповідно дорівнюють одна одній. Це полегшує збирання та налаштування пристрою. По-друге, еквівалентний опір LRC-ланцюга, що пропонується, в області частот навкруги резонансної практично незміний та близький до чисто активного. Це забеспечує практичну стабильність коефіцієнта передачі в області режекції. По-третє, в LRC-ланцюгу, що пропонується, паралельний резонансний контур зашунтовано малодобротним ланцюговим резонансним контуром (внаслідок присутності в ньому резистора, що регулює глибину зв'язку між з контурами). Тому стабільність параметрів комплектуючих елементів та точність їх відбирання не має суттєвого значення. На фіг. 1 показано широкополосний активний полосовий фільтр. Він складається з вхідного резистора R (1), підключеного до інверсного входу операційного підсилювача 2 та частотнозалежного ланцюга зворотного зв'язку З, який з'єднує вихід операційного підсилювача з його інверсним входом. Складові елементі 1, 2, 3 зібрані в схему підсилюючого ^пристрою на операційному підсилювачі з інверсним входом. Частотнозалежний ланцюг складається з паралельно підключених один до одного паралельного 4 та ланцюгового 5 контурів, налаштованих на одну і ту ж резонансну частоту. В ланцюговому контурі послідовно з індуктивністю L (6) та ємністю С (7) включено резистор Ro (8) для регулювання глибині зв'язку між контурами. Індуктивність ланцюгового контура L(6) дорівнює індуктивності паралельного контура Ц9). Ємність ланцюгового контура С(7) дорівнює ємності паралельного контура С(10). Пристрій працює так. Коефіцієнт передачі підсилюючого пристрою Ки =ZeKjR де: ZeKB - еквівалентний опір частотнозалежного ланцюга. Опір резистора Ro , що включений в ланцюговому контурі, визначає вигляд залежності ZCKB від частоти. При слабому зв'язку між контурами (опір Ro великий) ZeKB подібний до опору поодинокого резонансного контура. При сильному зв'язку між контурами (опір Ro малий) ZCKB має "двухгорбий " характер (як і повинно бути в зв'язаних резонансних системах). При оптимальном зв'язку між контурами (R o =Roop t) в характеристиці Z(M) = $?(/), тобто в залежності ZeKB від частоти, проявляється "поличка" навкруги резонансної частоти. Відомо, що резонансний опір паралельного та ланцюгового контурів ^пар рез ТЭ . ^Ланц рез ДОр іВНЮЮТЬ J nap рез — Pd Г!, 7 -г ІШІЦ р и і L Де: Лі = 4LIC ~ характеристичний опір контура, г,активний опір індутивності. Резонансний опір ланцюгового контура, що використовується в даному випадку, Z' Jiai[11,pe3 = rL+ Ro. З урахуванням того, що завжди Ro »rL , можна сказати, що Z' naHUpe3=Ro . Резонансний опір паралельного контура Znappe3 » 2ланцрЄ3. Окрім того, в даному випадку Znappe3 » Z^aHU.pe3 . Це означає, що в області резонансної частоти великий опір Znap шунтується малим ZjnaHU. Фактично на резонансній частоті, та навколо неї, опір частотнозалежного LRC-ланцюга, що використовується замість частотнозалежного RC-ланцюга, За рахунок цього в характеристиці Zeke ~