ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ АКТИВНЫЙ АМПЛИТУДНЫЙ RC-КОРРЕКТОР

Полезная модель относится к приборостроению, системам связи и может использоваться в микроэлектронных селективных узлах радиоэлектронных устройств, измерительной и биомедицинской аппаратурах для построения высокочастотных амплитудных корректоров различных устройств связи, используемых при обработке спектров фаз сигналов без искажения спектра амплитуд.
В литературе описаны различные перестраиваемые активные амплитудные RC-корректоры. Как правило, схемы этих корректоров отличаются большой сложностью, т.к. содержат большое число усилителей и RC-элементов. Известна схема амплитудного корректора [А.Ю. Демин. ARC-корректор амплитудно-частотных искажений /Авторское свидетельство SU №1837382 30.08.93. Бюл. M 32/, содержащая операционный усилитель, шесть резисторов и два конденсатора, причем первые выводы первого, второго и третьего резисторов подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а их вторые выводы ко входу корректора, выходу операционного усилителя и общей шине соответственно, первые выводы четвертого и пятого резисторов подключены ко второму выводу первого конденсатора, а их вторые выводы ко входу корректора и к выходу операционного усилителя соответственно, первые выводы шестого резистора и второго конденсаторов подключены к неинвертирующему входу операционного усилителя и второму выводу первого конденсатора, а их вторые выводы к общей шине, выходом фильтра является вывод операционного усилителя. Недостатком данного технического решения является невозможность независимой перестройки резонасной частоты без изменения добротности и всплеска усиления устройства.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом перестраиваемого активного амплитудного RC-корректора является перестраиваемая безындуктивная корректирующая схема, описанная в [Noninductive equalizing network, United States Patent, №3743957, July 3, 1973], содержащая первый, второй, третий и четвертый операционные усилители, потенциометр, девять резисторов и два конденсатора, причем первые выводы первого, шестого резисторов и первого конденсатора подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего и первого операционных усилителей и ко входу схемы соответственно, первые выводы второго резистора, второго конденсатора и пятого резистора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго операционных усилителей и к отводу потенциометра соответственно, первые выводы третьего, четвертого и седьмого резисторов подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго и третьего операционных усилителей и ко входу схемы соответственно, выводы потенциометра подключены ко входу схемы и выходу четвертого операционного усилителя, первые выводы восьмого, девятого резисторов подключены к инвертирующему входу четвертого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам четвертого и третьего операционных усилителей соответственно, неинвертирующие входы первого, второго, третьего и четвертого операционных усилителей подключены к общей шине. Выходом схемы является выход третьего операционного усилителя.
Перестраиваемая безындуктивная корректирующая схема представляет собой каскадное соединение двух интеграторов, реализованных на первом и втором операционных усилителях, и третьего резистивного усилителя, охваченное глубокой отрицательной связью, состоящей из последовательно включенных четвертого резистивного усилителя, потенциометра и пятого резистора.
Передаточная функция перестраиваемой безындуктивной корректирующей схемы имеет вид
где
- сопротивления потенциометра относительно отвода и выводов;
β - коэффициент перестройки всплеска усиления схемы;
p
a
b
R=(R+R) - общее сопротивление потенциометра.
Из выражения (1) найдем амплитудно-частотную характеристику схемы
Отсюда, с учетом (2) и (3) найдем, что амплитудно-частотная характеристика схемы на резонансной частоте имеет максимальное значение, которое определяется выражением.
Отметим, что коэффициент перестройки затухания β может регулироваться при изменении положения движка потенциометра, что позволяет в широких пределах перестраивать всплеск усиления рассматриваемой безындуктивной корректирующей схемы.
Недостатком схемы является невозможность осуществления независимой перестройки всплеска усиления, добротности и резонансной частоты корректора ввиду сложной взаимной связи коэффициентов передаточной функции безындуктивной корректирующей схемы.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей амплитудного корректора, позволяющих получить технический результат, заключающийся в обеспечении независимой перестройки всплеска усиления, резонасной частоты и добротности корректора.
Для достижения указанного технического результата в заявляемой полезной модели, содержащей первый, второй и третий операционные усилители, потенциометр, пять резисторов и два конденсатора, причем первые выводы первого резистора и первого конденсатора подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего и первого операционных усилителей соответственно, первые выводы второго резистора и второго конденсатора подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого и второго операционных усилителей соответственно, первые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго и третьего операционных усилителей соответственно, первый вывод пятого резистора подключен к отводу потенциометра, а его второй вывод - к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выводы потенциометра подключены к общей базе и выходу второго операционного усилителя, выход корректора подключен к выходу второго операционного усилителя, неинвертирующие входы первого, второго и третьего операционных усилителей подключены ко входу корректора.
Возможность достижения технического результата обусловлена следующими выводами: достигается расширение функциональных возможностей, обеспечение независимой перестройки всплеска усиления, добротности и резонансной частоты устройства за счет введения новых связей между элементами, благодаря этому у предлагаемого устройства реализуется активный амплитудный корректор с независимой перестройкой всплеска усиления, резонансной частоты и полюсной добротности, что необходимо для перестраиваемых активных амплитудных RC-корректоров.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схема перестраиваемого активного амплитудного RC-корректора; на фиг. 2 - графики амплитудно-частотных характеристик с перестраиваемым всплеском усиления; на фиг. 3 - график перестраиваемой по частоте амплитудно-частотной характеристики активного амплитудного RC-корректора; на фиг. 4 - график амплитудно-частотной характеристики с изменяемой добротностью активного амплитудного RC-корректора;
Перестраиваемый активный амплитудный RC-корректор содержит первый 1, второй 2 и третий 3 операционные усилители, первые выводы первого 4 резистора и первого 5 конденсатора подключены к инвертирующему входу первого 1 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам третьего 3 и первого 1 операционных усилителей соответственно, первые выводы второго 6 резистора и второго конденсатора 7 подключены к инвертирующему входу второго 2 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам первого 1 и второго 2 операционных усилителе, соответственно, первые выводы третьего 8 и четвертого 9 резисторов подключены к инвертирующему входу третьего 3 операционного усилителя, а их вторые выводы - к выходам второго 2 и третьего 3 операционных усилителей соответственно, первый вывод пятого 10 резистора подключен к отводу потенциометра 11, а его второй вывод - к инвертирующему входу второго 2 операционного усилителя, выводы потенциометра 11 подключены к общей базе и выходу второго 2 операционного усилителя, выход 12 корректора подключен к выходу второго 2 операционного усилителя, неинвертирующие входы первого 1, второго 2 и третьего 3 операционных усилителей подключены ко входу 13 корректора.
Рассмотрим передаточную функцию заявляемого перестраиваемого активного амплитудного RC-корректора (фиг. 1). Корректор представляет собой каскадное соединение двух интегрирующих цепей, реализованных на первом и втором операционных усилителях, и третьего резистивного усилителя, охваченных глубокой отрицательной связью между выходом третьего операционного усилителя и инвертирующим входом первого операционного усилителя.
Передаточная функция активного амплитудного RC-корректора имеет вид:
где
- коэффициент перестройки по частоте амплитудно-частотной характеристики.
- проводимости потенциометра относительно его отвода и выводов;
6
a
b
R=(R+R) - сопротивление потенциометра;
β - коэффициент перестройки всплеска усиления корректора.
- коэффициент перестройки полюсной добротности.
Покажем на основании выражений (6) и (8), что полоса пропускания корректора определяется только параметрами β и λ
Из выражения (4) найдем амплитудно-частотную характеристику корректора
Отсюда с учетом (4) и (5) найдем всплеск усиления, т.е. максимальное значение амплитудно-частотной характеристики корректора на резонасной частоте, которое определяется выражением
Значение всплеска усиления на резонасной частоте можно рассчитать также в децибелах: .
3
Параметр β  можно независимо регулировать в широком диапазоне при изменении положения движка потенциометра, что позволяет в широких пределах перестраивать значение всплеска усиления на резонасной частоте рассматриваемого амплитудного корректора. На фиг. 2 - графики амплитудно-частотных характеристик с перестраиваемым всплеском усиления при различных значениях параметра β. Следует отметить, что при перестройке всплеска усиления резонансная частота и коэффициент передачи корректора на низких и высоких частотах не изменяется. Из выражения (6) следует, что резонансную частоту корректора можно изменять с помощью регулируемого резистора R. На фиг. 3 представлены графики амплитудно-частотной характеристики корректора при различных значениях параметра δ. Следует отметить, что при перестройке по частоте амплитудно-частотной характеристики коэффициент передачи корректора на низких и высоких частотах, а также полоса пропускания Δƒ не изменяются. Последнее замечание очевидно из формулы (9).
5
Кроме того, из выражений (2) видно, что полюсную добротность корректора можно независимо изменять с помощью переменного резистора R, при изменении которого изменяется значение λ - коэффициента перестройки полюсной добротности корректора. На фиг. 4 представлены графики амплитудно-частотной характеристики при различных значениях параметра λ. Следует отметить, что при регулировании полюсной добротности полоса пропускания Δƒ согласно (9) уменьшается. Однако всплеск усиления на резонасной частоте, а также коэффициент передачи корректора на низких и высоких частотах сохраняются неизменными.
1
1
1
1
1
Перестраиваемый активный амплитудный RC-корректор работает следующим образом. При подаче на вход корректора напряжения постоянного тока (ƒ=0) емкостные сопротивления конденсаторов 5, 7 оказываются бесконечно большими. В этом режиме работы при подаче на неинвертирующие входы всех усилителей 1, 2 и 3 постоянного входного напряжения U на инвертирующем входе усилителя 1 напряжение будет практически равно входному напряжению U, так как входное сопротивление операционного усилителя очень большое и ток его инвертирующего входа будет практически равен нулю. Следовательно, падение напряжения на первом резисторе 4 будет практически равно нулю и напряжение на выходе усилителя 3 окажется практически равным напряжению U. В этом режиме работы усилителя 3 напряжение на его инвертирующем входе будет практически равным напряжению U. Поэтому падение напряжения и ток на четвертом резисторе 9 будут практически равны нулю. Ток инвертирующего входа усилителя 3 практически равен нулю, следовательно, ток и напряжение на третьем 8 резисторе будут также практически равны нулю. Напряжение на выходе усилителя 2 будет равно входному напряжению U. Таким образом, корректор в режиме постоянного тока будет иметь единичный коэффициент усиления.
b
При увеличении частоты входного сигнала реактивные сопротивления конденсаторов 5 и 7 уменьшаются, что приводит к появлению фазового сдвига напряжения на выходе корректора. Из-за влияния глубокой обратной связи с выхода усилителя 3 на вход усилителя 1 коэффициенты усиления усилителей 1 и 2 увеличиваются. Напряжение на выходе корректора достигает на резонасной частоте максимального значения, которое зависит от положения движка потенциометра. При перемещении движка к общей базе сопротивление R части потенциометра между движком и выходом усилителя 2 увеличивается, при этом шунтирование конденсатора 7 уменьшается, что обеспечивает больший коэффициент усиления усилителя 2.
При подаче на вход корректора напряжения высокой частоты реактивные сопротивления конденсаторов 5, 7, приближаясь к нулевым, закорачивают инвертирующие входы и выходы усилителей 1 и 2, что обеспечивает единичный коэффициент усиления этих усилителей и всей схемы корректора,
3
5
На основании проведенного анализа можно сделать следующее заключение, что величина всплеска усиления корректора регулируется потенциометром; перестройку по частоте амплитудно-частотной характеристики можно осуществлять с помощью переменного резистора R; добротность корректора можно регулировать с помощью переменного резистора R.
В предлагаемой схеме перестраиваемого активного амплитудного RC-корректора при достаточно простом ее элементном исполнении можно независимо регулировать всплеск усиления, резонасную частоту и добротность корректора в широких пределах, что позволяет обеспечить высокую технологичность и удобство настройки в процессе изготовления корректора и его эксплуатации. Использование непроволочных потенциометров позволяет значительно упростить и удешевить изготовление корректора. Применение заявленного решения возможно в медицинской и электроакустической и радиоэлектронной аппаратурах.