АКТИВНЫЙ ПОЛОСОВОЙ RC ФИЛЬТР

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемоусилительных устройствах ультразвуковых локационных систем, в автомобильных системах безопасной парковки и в охранных системах.
В этих системах используются ультразвуковые приемники на основе пьезоэлектрических преобразователей с рабочей частотой 40 и более кГц. Основой приемной части систем является активный полосовой фильтр, который должен обладать высокими значениями коэффициента усиления и добротности и малыми собственными шумами.
Известны активные полосовые RC фильтры на операционных усилителях с многопетлевой обратной связью, на сдвоенных усилителях, на основе переменных состояний и т.д. При этом к операционным усилителям предъявляются высокие требования к коэффициенту усиления с разомкнутой петлей обратной связи на наивысшей частоте полосы пропускания фильтра. (Применение интегральных схем: Практическое руководство. В 2-х кн. Кн.1. Пер. с англ. Под ред. А.Уильямса., М., Мир, 1987 г., 432 стр.). При разработке активного RC фильтра для частот 40 и
более кГц это подразумевает использование дорогостоящих малошумящих высокочастотных операционных усилителей, что не всегда приемлемо.
Наиболее близким к предложенному является активный полосовой RC фильтр второго порядка на основе источника напряжения, управляемого напряжением (ИНУН), на операционном усилителе (Д.Джонсон, Дж.Джонсон, Г.Мур. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ., М., Энергоатомиздат, 1983 г., 128 стр.). К недостаткам устройства можно отнести то, что коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой петлей обратной связи на наивысшей частоте полосы пропускания должен более чем в 50 раз превышать значение коэффициента усиления фильтра. При построении активного RC фильтра для частот 40 и более кГц возникают проблемы с выбором операционного усилителя. Использование усилителей с худшими параметрами приводит к трудностям в настройке фильтра, а иногда и к невозможности получения требуемых значений добротности, коэффициента усиления, рабочей частоты и соотношения сигнал-шум. К недостаткам полосовых RC фильтров на ИНУН также можно отнести их склонность к самовозбуждению при работе от высокоомного источника сигнала.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы активного полосового RC фильтра.
Указанная техническая задача решается тем, что в активном полосовом RC фильтре, содержащем избирательную цепь, выполненную на последовательно включенных между собой RC фильтрах низкой и высокой частоты, усилитель, подключенный входом к выходу RC фильтра высокой частоты, выполненный на операционном усилителе в неинвертирующем включении с резисторами делителя напряжения отрицательной обратной связи, резистор положительной обратной связи, подключенный между выходом усилителя и точкой соединения RC фильтров низкой и высокой частоты, - усилитель выполнен на транзисторах разной проводимости и содержит первый транзистор, база которого подключена к выходу RC фильтра высокой частоты и через резистор смещения к выводу источника питания, эмиттер которого подключен к точке соединения резисторов делителя напряжения отрицательной обратной связи, коллектор которого через сопротивление нагрузки подключен к выводу источника питания, а также второй транзистор, база которого подключена к коллектору первого транзистора, эмиттер которого подключен к выводу источника питания, коллектор которого подключен к точке соединения резисторов положительной и отрицательной обратных связей.
Решению поставленной задачи способствует также то, что сигнал на вход активного полосового RC фильтра подается через усилительный каскад, выполненный по схеме с общим эмиттером. При этом в качестве
резистора коллекторной нагрузки выступает резистор RC фильтра низкой частоты, коллектор транзистора усилительного каскада подключен к точке соединения RC фильтров низкой и высокой частоты, а второй вывод резистора RC фильтра низкой частоты подключен к выводу источника питания.
При этом сигнал на вход активного полосового RC фильтра может подаваться также через эмиттерный повторитель.
На фигуре 1 представлена схема предложенного активного полосового RC фильтра.
Устройство содержит избирательную цепь, состоящую из RC фильтра низкой частоты, с резистором 1 и конденсатором 2 и RC фильтра высокой частоты, с конденсатором 3 и резистором 4; усилитель 5, с резисторами делителя напряжения отрицательной обратной связи 6 и 7; а также резистор положительной обратной связи 8. При этом усилитель 5 содержит транзистор 9, резистор смещения 10, сопротивление нагрузки 11 и транзистор 12.
На фигуре 2 представлена схема предложенного активного полосового RC фильтра в случае, когда сигнал на вход фильтра подается через усилительный каскад 13, выполненный по схеме с общим эмиттером.
Устройство работает следующим образом. На частотах существенно выше или ниже полосы пропускания фильтра спад
амплитудно-частотной характеристики обеспечивается RC фильтрами высокой и низкой частоты, так как выходной сигнал практически равен нулю. Вблизи полосы пропускания АЧХ фильтра формируется за счет положительной обратной связи, осуществляемой через резистор 8. Происходит увеличение выходного сигнала, и тем самым обеспечиваются требуемые значения добротности и коэффициента усиления фильтра. Двухкаскадный усилитель с последовательной обратной связью, выполненный на транзисторах 9 и 12 образует ИНУН, с заданным коэффициентом передачи. Режимы работы транзисторов усилителя по постоянному току задаются делителем напряжения, образованным резистором смещения 10 и резистором 4 RC фильтра высокой частоты. Ток покоя транзисторов устанавливается выбором падения напряжения на резисторе нагрузки 11. Выбор номиналов элементов избирательной цепи производится по принятым методикам расчета полосовых RC фильтров на ИНУН. При этом номиналы резисторов R10 и R4 выбираются таким образом, чтобы полученное значение сопротивления при их параллельном соединении соответствовало бы расчетному значению сопротивления резистора RC фильтра высокой частоты, и при этом обеспечивались бы режимы работы транзисторов по постоянному току. Критерием выбора транзисторов являются их усилительные, частотные и шумовые параметры.
Для устранения склонности к самовозбуждению при работе от высокоомного источника сигнал на вход активного полосового RC фильтра подается через усилительный каскад 13, выполненный по схеме с общим эмиттером. При этом в качестве коллекторной нагрузки транзистора усилителя 13 используется резистор 1 RC фильтра низкой частоты 1 (фиг.2).
При работе от высокоомного источника сигнал на вход активного полосового RC фильтра может подаваться также через эмиттерный повторитель, обладающим достаточно низким выходным сопротивлением.
Использование предложенного технического решения при построении активных полосовых RC фильтров для частот 40 и более кГц на высокочастотных малошумящих транзисторах позволяет улучшить параметры фильтра - добротности, усиления, соотношения сигнал-шум. А при использовании прецизионных резисторов и конденсаторов, появляется возможность получения хорошей повторяемости параметров фильтра, что особенно важно в условиях серийного и массового производства.