Активный фильтр
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции радиотехнических устройств. Цель изобретения - повышение избирательности и повышение стабильности при изменении напряжения питания. Активный фильтр содержит транзисторы 1 - 4, токозадающий элемент, выполненный на резисторе 5, конденсаторы 6 - 9, резисторы 10, 11, 12, резисторы 13, 14 обратной связи, генератор 15 тока. Включение конденсатора 8 обеспечивает большую крутизну скатов кривой избирательности. Изменение номинала резистора 11 обеспечивает полную симметрию амплитудно-частотной характеристик и АЧХ фильтра. Изменением емкостей конденсаторов 7 и 8 варьируют величину начальной расстройки, что обеспечивает получение АЧХ с незначительной неравномерностью в полосе пропускания. Общая емкость между базой и коллектором транзистора 3 будет определяться в основном емкостью конденсатора 9, величина которой не зависит от напряжений питания, что обеспечит более высокую стабильность резонансной частоты при изменении напряжения питания. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 Н 11/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
Г1О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759147/09 (22) 23.10.89 (46) 23.08.91, Бюл. N. 31 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) Г.В.Уточкин и А,В,Розов (53) 621.372.54(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
M 1587621, кл. Н 03 Н 11/00, 09,03.88. (54) АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции радиотехнических устройств. Цель изобретения — повышение избирательности и повышение стабильности при изменении напряжения питания.
Активный филь р содержит транзисторы 1—
4, токозадающий элемент, выполненный на резисторе 5, конденсаторы 6 — 9, резисторы
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции радиотехнических устройств.
Цель изобретения — повышение избирательности и повышение стабильности при изменении напряжения питания, На чертеже представлена принципиальная электрическая схема активного фильтра, Активный фильтр содержит первый, второй, третий, четвертый транзисторы 1 -- 4, токозадающий элемент, выполненный на резисторе 5, первый, второй, третий, четвертый конденсаторы 6 — 9, первый, второй, третий резисторы 10. 11, 12, первый, второй пезисторы 13, 14 обратной связи, генератор
15 тока. Ы, 1б7255б А1
10, 11, 12, резисторы 13, 14 обратной связи, генератор 15 тока. Включение конденсатора 8 обеспечивает большую крутизну скатов кривой избирательности. Изменение номинала резистора 11 обеспечивает полную симметрию амплитудно-частотной характеристик и АЧХ фильтра. Изменением емкостей конденсаторов 7 и 8 варьируют: величину начальной расстройки, что обеспечивает получение АЧХ с незначительной неравномерностью в полосе пропускания
Общая емкост между базой и коллектором транзистора 3 будет определяться в основном емкостью конденсатора 9, величина которой не зависит от напряжений питания, что обеспечи г более высокую стабильность резонансной частоты при изменении напряжения пигания. 1 ил.
Активный фйльтр работает гледующим образом.
Входной сигнал через конденсатор 6 il0ступает на базу первого транзистора 1. Каждый из транзисторов используется в активном фильтре в качестве конверторов (преобразователей) иммитанса. Резисторы
10 и 11 служат для протекания базовых токов транзисторов 1 и 2 и имеют относительно низкие сопротивления (десятки Ом), Иэ-за низкого сопро1ивления резисторов ".0 и 11 транзисторы 1 и 2 со стоооны генератора 15 тока можно считать вклгоченными по схеме с общей базой. Резисторы 13 и 14 также являются низкоомными и лужат, с
Одной стороны, для уменьше,ия влияния разброса статических коэффициентсв усиления транзисторов 1 и 2 на норма ьнук! работу схемы, т.е. выполняют роль местной
1672556 обратной связи, а с другой стороны, совместно с конденсатором 7 необходимы для процесса преобразования соответствующих иммитансов схемы для достижения йоставленных целей. Ввиду того, что внутреннее сопротивление генератора 15 тока намного больше сопротивлений резисторов 13 и 14, а также входныМ сопротивлений транзисторов 1 и 2, можно считать, что импеданс эмиттерной цепи транзистора
1 имеет вид
В1 - Я14 )al Cy } + к, (1} 13 + R14 + 1/(J © С7 ) где В1З вЂ” сопротивление резистора 13;
R14 — сопротивление резистора 14;
С7 — емкость конденсатора 7;
R 2 — входное сопротивление транзистора 2; в — текущая частота, В свою очередь, так как транзистор 2 включен по схеме с общей базой, то нвх2 = гэ2 + (гб + 811) / P2, (2) гДЕ гэ2 — СОпРОтивлениЕ ЭмиттеРа тРанзистора 2, определяемое выражением
Гэ2 = Pr /1э, } — температурный потенциал;
I> — ток эмиттера транзистора 2;
r52 — объемное сопротивление базы транзистора 2;
В11 — сопротивление резистора 11;
p2 — коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером транзистора 2.
С учетом (2)
R у+ иР С1 RQ RBX2 J в С7 RQ (3)
1 + (О} С7 R ) где Rg= Р1з R14.
В области рабочих частот выполняегся условие (Й}С7RQ) ) ) 1 тогда э1"- Rex2+ 1/(йР C) R g) -)/(0) C7 ), Активное сопротивление преобразуется с эмиттера транзистора 1 на его коллектор в емкостную составляющую, определяемую выражением
Свых1 = Ск1(Гб1 + R10)/(Йвх2 +
+ 1/ (й}2 С7 R g)),, (4) а емкость С7 — e отрицательное сопротивление, величина которого может быть определена как
Röe ï1 =- -(ОР Ск1С7(Гб1 + R10)) (5) где Ск1 — активная часть емкости коллекторного перехода транзистора 1; гб1 — объемное сопротивление базовой области транзистора 1, Импеданс в эмиттерной цепи транзистора 2 определяется аналогично, т.е.
Еэ2 = Rex1+ 1/(0Р С7 R g) J/(ÑÎ С7 ),(6) гДе Rex1 — выхоДное сопРотивление тРанзистора 1, включенного по схеме с общей базой вх 1- Iý1+ (Г51+ п10)/P1 (7)
ГДЕ re1 — СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭМИттЕРа тРаНЭИСтОра1;
p1 — коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером транзистора 1, В результате аналогичных преобразоВаНИй Еэ2 ИМПЕДаНС КОЛЛЕКтОРНОй ЦЕПИ транзистора 2 будет определяться следующим образом;
Свых2= Ск1(Гб2 + R11)/(RÂx1 +
20 + 1/(02 C3 R g) ), (8)
Рвых2 = (ОР С к1С7(Г62+ 11)Г (9)
Транзистор 3 в предлагаемом активном фильтре включен по схеме с общим коллектором. Этот транзистор 3 преобразует сопротивление резистора 5 в выхз = п5/ COãÝ (10) и выхЗ = R5, а емкость конденсатора 9 — в
30 Свыхз = С9;
Нвыхз = 1 / (Юз С9 ) . (11) где Й5 — сопротивление резистора 5;
C9 — емкость конденсатора 9; в э — частота единичного усиления тран35 эистора 3
Полученные в (10) и (11) выходные импедансы транзистора 3 включены последовательно с резистором 12. Если теперь временно исключить из схемы конденсатор
40 8, то выходной импеданс схемы будет определ яться выражениями (8) — (1 1), т.е. л редставлять собой параллельный колебательный контур, с индуктивностью (10) и емкостями (8) и (11). Кроме этого, эа счет отрицательного сопротивления (9) возможна компенсация потерь, определяемых (10), (11) и резистором 11, и тем самым достижение высокой эквивалентной добротности. Резонансная частота этого контура
50 М}1 = ((-выхэ С вых, >" ) — 1/2 (С + c ))-»
Rex l + 1/(AP 9 R g ) (12)
Для области частот в)л}01, где реактивное сопротивление конденсатора 9 становится незначительным, транзистор 4 можно считать включенным по схеме с общим коллектором, а транзистор 3 — по схеме с общей базой. 8 этом случае транзистор 4
1672556 преобразует свой входной импеданс, состоящий из последовательного включения резистора 12 и входного сопротивления транзистора 4, на эмиттер в виде -вых4 =(12 + Гэ2) /W4 р 5
Г1вых4 = R12 + Гэз (13)
Тогда в точке соединения коллектора транзистора 1 с эмиттером транзистора 4 будет также иметь параллельный колебательный контур, резонансная частота которого 10 — 1/2
М32 = (1-вых4 С вых1 ) 1 — 1/2 им(R.,2+1/(гР C)Rg)) 15 (14) где г,з — сопротивление эмиттера транзистора 3; ил4 — частота единичного усиления транзистора 14. 20
В этом контуре также имеется отрицательное сопротивление величина которого определяется выражением (5), чта также позволяет значительно повысить его нагруженную добротность. 25
При включении в схему конденсатора связи 8 получаем аналог фильтра со связанными контурами, благодаря чему можно получить большую крутизну скатов кривой избирательности, чем у прототипа, который 30 эквивалентен одиночному колебательному контуру. Изменяя номинал резистора 11 можно добиться одинаковой величины отрицательного сопротивления в обоих контурах и обеспечить полную симметрию 35 эмплитуднс-частотной характеристики фильтра, с одной стороны, а с другой стороны — изменением емкостей конденсаторов
7 и 8 варьируется величина начальной расстройки, v возможна получение АЧХ с не- 40 значительной неравномерностью в полосе и рапускания, Повышение стабильности параметров в предлагаемом активном фильтре при изменении напряжения питания достигается 45 следующим образам.
Смещение резананснаи чзстсты в активных фильтрах подобного класса возникает иэ-за Toro, 470 при изменении напряжения питания изменяется напряже- 50 ние база-калле»тар соответствующих транзисторов, чта поиводит к изменению величины емкости С», ка:арая, в свою очередь, сильно влияет на резонансную частоту. В предлагаемой схеме на напряжение 55 база-коллектор транзисторов 1-4 прежде чсего оказывает влияние изменение источника положительного напряжения, Однако ввиду того, чта величина резистора 12 незначительна (составляет порядка сотни Ом), то при изменении напряжения положительного источника напряжение база-коллектор транзистора 4 будет фактически поддерживаться постоянным и определяться напряжением база-эмиттер транзистора 3, следовательно, емкость коллекторного перехода транзистора 4 почти не изменится. В этом случае полученное приращение положительного источника питания практически полностью передается на переход баэ-коллектор транзистора 3, т.е. будет изменяться емкость С» транзистора 3, что должно было бы привести к изменению резонансной частоты активного фильтра. Однако параллельно емкости С» транзистора 3 включен конденсатор 9, емкость которого намного больше емкости С и, следовательно, общая емкость между базой и коллектором транзистора 3 будет определяться в основном емкостью конденсатора 9, величина которой не зависит от напряжения питания. Таким образом. достигается более высокая стабильность резонансной частоты при изменении напряжения питания, чем у прототипа. Выбором схемы генератора 15 тока можно исключить влияние источника отрицательной полярности на так генератора 15 и токи дифференциального каскада и на резонансную частоту фильтра, Формула изобретения
Активный фильтр, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых через соответственна первый и второй резисторы соединены с общей шиной, третий транзистор, база которого через токоэадающий элемент соединена с коллектором третьего транзистора и первой шиной питания, а к второй шине питания подключен вывод питания генератора тока, первый и второй конденсаторы, первые выводы которых подключены соответственно к базе и змиттеру первого транзистора, а второй вывод первого конденсатора является входом активного фильтра, а т л и ч а ю шийся тем, чта, с целью повышения избирательности и стабильности при изменении напряжения питания, введены четвертый транзистор, первый и второй резисторы обратной связи, третий резистор, третий и четвертый конденсаторы, при зтсм первый и второй резисторы обратной связи включены последовательна между эмиттером первого транзистора и эмиттером второго транзистора, к которому подключен второй вывод второго конденсатора, причем второй вывод генератора тока подключен к соединенным выводам первого и второго резисторов обратной связи, змиттер четвертого транзистора соединен с коллектором
1672556
Составитель И,Водяхина
Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун
Редактор О.Стенина
Заказ 2846 Тираж 430 Г1одписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 первого транзистора и через третий конденсатор — с коллектором второго транзистора и базой третьего транзистора, к которой через третий резистор подключен эмиттер третьего транзистора, база которого соединена с коллектором четвертого транзистора и через четвертый конденсатор — с общей шиной.
