×
20.05.2020
220.018.1ddc

Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С МИНИМАЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ КОНДЕНСАТОРОВ НА ПОРЯДОК

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является уменьшение числа конденсаторов в схеме ФНЧ и увеличение гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики. Изобретение представляет собой фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством конденсаторов на порядок, содержащий с первого по восьмой резисторы, с первого по четвёртый конденсаторы, дифференциальный операционный усилитель, Между общим узлом первого и второго последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя включен пятый резистор, между общим узлом третьего и четвертого последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя включен шестой резистор, между первым выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя включен седьмой резистор, между вторым выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя включен восьмой резистор, причем между первым и вторым выходами устройства включен четвертый конденсатор. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники, и может использоваться, например, в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения [1-4].

Активные RC-фильтры нижних частот (ФНЧ) широко используются в современной электронике [1-20] и оказывают существенное влияние на качественные показатели многих аналого-цифровых систем связи и автоматического управления [1-4].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является ФНЧ по патенту RU 2695981, 2019 г. Он содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор.

Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что при третьем порядке передаточной функции он имеет пять частотозадающих конденсаторов. Кроме этого, при его реализации не обеспечивается высокое ослабление паразитных сигналов за пределами полосы частот полезного сигнала. Это отрицательно сказывается на метрологических характеристиках измерительных систем и устройств ввода аналоговой информации в ЭВМ, в которых ФНЧ определяет динамическую погрешность аналого-цифрового интерфейса [2-4].

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в уменьшении (при третьем порядке передаточной функции) числа конденсаторов в схеме ФНЧ и увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики.

Поставленная задача достигается тем, что в фильтре нижних частот, содержащем первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор, предусмотрены новые элементы и связи – между общим узлом первого 8 и второго 9 последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен пятый 13 резистор, между общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен шестой 14 резистор, между первым 3 выходом выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен седьмой 15 резистор, между вторым 4 выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен восьмой 16 резистор, причем между первым 3 и вторым 4 выходами устройства включен четвертый 17 конденсатор.

На чертеже фиг. 1 приведена схема ФНЧ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого ФНЧ в соответствии с формулой изобретения.

На чертеже фиг. 3 представлены результаты моделирования амплитудно-частотных характеристик заявляемого ФНЧ (кривая 1 – для ФНЧ с реальными операционными усилителями, кривая 2 – теоретическая характеристика ФНЧ).

Фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством конденсаторов на порядок фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор. Между общим узлом первого 8 и второго 9 последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен пятый 13 резистор, между общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен шестой 14 резистор, между первым 3 выходом выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен седьмой 15 резистор, между вторым 4 выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен восьмой 16 резистор, причем между первым 3 и вторым 4 выходами устройства включен четвертый 17 конденсатор.

Рассмотрим работу ФНЧ фиг. 2.

Передаточная функция схемы ФНЧ 3-го порядка, в т.ч. фиг. 2, в общем виде описывается выражением

(1)

где М – коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте, – коэффициенты передаточной функции, зависящие от топологии схемы и

параметров её элементов.

Введем обозначения:, – сопротивления первого 8, второго 9, третьего 10, четвертого 11, пятого 13, шестого 14, седьмого 15, и восьмого 16 резисторов соответственно, , – емкости первого 6, второго 7, третьего 12 и четвертого 17 конденсаторов соответственно.

При выполнении ряда условий , которые в схеме необходимо обеспечить для симметричной работы каналов фильтра, коэффициенты передаточной функции (1) находятся с помощью выражений

Анализ характеристики фиг. 3 показывает, что заявляемый ФНЧ третьего порядка обеспечивает (кривая 1) близкую к идеальной (теоретической) амплитудно-частотную характеристику (кривая 2) при четырех частотозадающих конденсаторах, что на один конденсатор меньше, чем у ФНЧ-прототипа. Уменьшение числа конденсаторов позволяет упростить настройку ФНЧ фиг. 2 за счет уменьшения числа одного из наиболее критичных элементов современных фильтров – конденсатора, который на современном этапе развития электроники характеризуется большим разбросом параметров и их нестабильностью в диапазоне температур.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с ФНЧ-прототипом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Выбор параметров аналоговых ограничителей спектра для цифровых систем обработки сигналов с учетом допусков и температурной нестабильности пассивных компонентов / Денисенко Д.Ю., Иванов Ю.И., Прокопенко Н.Н. // Радиотехника. – 2017. - № 1. – С.148-153

2. Estimation to Efficiency of the Using of Anti-Alias Filter in the A/D Interface of Instrumentation and Control Systems / L.K. Samoylov, N.N. Prokopenko, A.V. Bugakova // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, September 14 - 17, 2018, pp. 422-425

3. Selection of the Band-Pass Range of the Normalizing Signal Transducer of the Sensing Element in the Instrumentation and Control Systems / L.K. Samoylov, N.N. Prokopenko, A.V. Bugakova // 2018 14th IEEE International Conference on Solid-State and Intergated Circuit Technology (ICSICT’2018). Proceedings. Oct.31-Nov.3, 2018, Qingdao, China

4. The Function Approximation of the Signal Delay Time in the Anti-Alias Filter of the A/D Interface of the Instrumentation and Control System / L.K. Samoylov, D.Yu.Denisenko, N.N. Prokopenko // 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech-2018), October 22-23, 2018, Saint Petersburg, Russia

5. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем / Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др.; Под. ред. А.А. Ланнэ. – М.: радио и связь, 1984. – 368 с.

6. Патент US 5.371.472, fig.3, 1994 г.

7. Патент US 3.787.776, 1974 г.

8. Патент US 7414466, 2008 г.

9. Патент RU 2370881, 2009 г.

10. Патент RU 2370882, 2009 г.

11. Патент RU 2370880, 2009 г.

12. Патент US 3.736.517, 1973 г.

13. Патент US 6.407.627, 2002 г.

14. Патент SU 1187241, 1985 г.

15. Патент US 6.344.773, 2002 г.

16. Патент US 6.710.644, 2004 г.

17. Патент SU 1777233, 1990 г.

18. Патент RU 2019023, 1994 г.

19. Патент RU 2695981, 2019 г.

20. Патент RU 2695977, 2019 г.

Фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством конденсаторов на порядок, содержащий первый (1) и второй (2) дифференциальные входы устройства, первый (3) и второй (4) дифференциальные выходы устройства, дифференциальный операционный усилитель (5) с неинвертирующим и инвертирующим выходами, первый (6) конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя (5) и его инвертирующим выходом, второй (7) конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя (5), первый (8) и второй (9) последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым (1) входом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя (5), третий (10) и четвертый (11) последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым (2) входом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя (5), третий (12) конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого (8) и второго (9) резисторов и общим узлом третьего (10) и четвертого (11) последовательно соединенных резисторов, пятый (13), шестой (14), седьмой (15) и восьмой (16) резисторы, а также четвертый (17) конденсатор, отличающийся тем, что между общим узлом первого (8) и второго (9) последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя (5) включен пятый (13) резистор, между общим узлом третьего (10) и четвертого (11) последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя (5) включен шестой (14) резистор, между первым (3) выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя (5) включен седьмой (15) резистор, между вторым (4) выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя (5) включен восьмой (16) резистор, причем между первым (3) и вторым (4) выходами устройства включен четвертый (17) конденсатор.
ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С МИНИМАЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ КОНДЕНСАТОРОВ НА ПОРЯДОК
ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С МИНИМАЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ КОНДЕНСАТОРОВ НА ПОРЯДОК
ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С МИНИМАЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ КОНДЕНСАТОРОВ НА ПОРЯДОК
ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА С МИНИМАЛЬНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ КОНДЕНСАТОРОВ НА ПОРЯДОК
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 186 items.
25.07.2019
№219.017.b889

Устройство для улучшения качества изображений

Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах анализа и обработки изображений, цифровом телевидении. Технический результат заявленного предложения заключается в улучшении изображения за счет разбиения изображения на блоки разных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695424
Дата охранного документа: 23.07.2019
01.08.2019
№219.017.bae0

Устройство сегментации изображений

Предлагаемое изобретение относится к средствам цифровой обработки изображений. Техническим результатом является повышение качества сегментации изображений. Достигается он за счет того, что устройство содержит блок хранения входной реализации, блок хранения необработанных данных, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695980
Дата охранного документа: 29.07.2019
01.08.2019
№219.017.baf2

Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка с дифференциальным входом на базе операционного усилителя с парафазным выходом

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в упрощении процедуры настройки основных параметров ФНЧ, а также в увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики за пределами рабочей полосы частот при низких значениях его выходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695981
Дата охранного документа: 29.07.2019
01.08.2019
№219.017.baf9

Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка на операционном усилителе с парафазным выходом

Изобретение относится к области радиотехник. Технический результат заключается в увеличении крутизны амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ФНЧ в переходной области и увеличении затухания АЧХ в полосе задерживания. Активный RC-фильтр содержит дифференциальный операционный усилитель (5) с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695977
Дата охранного документа: 29.07.2019
01.08.2019
№219.017.bb05

Двоичный токовый пороговый rs-триггер

Изобретение относится к области радиотехники и аналоговой микроэлектроники и может быть использовано в быстродействующих аналоговых и аналого-цифровых интерфейсах для обработки сигналов датчиков. Технический результат: повышение быстродействия систем обработки информации и создание элементной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695979
Дата охранного документа: 29.07.2019
17.08.2019
№219.017.c132

Способ сварки трением с перемешиванием

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций и полуфабрикатов, в том числе, из алюминиевых сплавов, сваркой трением с перемешиванием. Предварительно проводят одностороннее утолщение свариваемых кромок деталей путем их одновременной холодной осадки. Толщину и ширину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697548
Дата охранного документа: 15.08.2019
17.08.2019
№219.017.c134

Активный rc-фильтр для обработки сигналов пьезоэлектрического преобразователя

Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники и может использоваться в составе электромеханических систем балансировки роторов. Технический результат заключается в увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) активного RC-фильтра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697611
Дата охранного документа: 15.08.2019
17.08.2019
№219.017.c13f

Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка

Изобретение относится к измерительной техники и может использоваться, например, в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697612
Дата охранного документа: 15.08.2019
21.08.2019
№219.017.c1db

Устройство управления автоматическими системами при структурной неопределенности

Изобретение относится к области цифровых систем управления и может быть использовано для решения задач быстродействия в автоматизированных системах, например в радиотехнике в системах фазовой автоподстройки частоты. Техническим результатом является увеличение быстродействия и числа режимов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697728
Дата охранного документа: 19.08.2019
23.08.2019
№219.017.c29b

Активный rc-фильтр нижних частот третьего порядка на базе операционного усилителя с парафазным выходом

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения. Технический результат заключается в увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697945
Дата охранного документа: 21.08.2019
Showing 101-110 of 216 items.
26.08.2017
№217.015.e5ac

Rlc-избирательный усилитель с малым напряжением питания

Изобретение относится к аналоговой микроэлектронике и радиотехнике и может быть использовано в качестве устройства усиления малых сигналов ВЧ и СВЧ диапазонов. Технический результат заключается в повышении качества амплитудно-частотной характеристики устройства без увеличения напряжения питания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626665
Дата охранного документа: 31.07.2017
26.08.2017
№217.015.e789

Низкотемпературный радиационно-стойкий мультидифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат: уменьшение систематической составляющей напряжения смещения нуля, а также создание условий для применения в схеме заявляемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627094
Дата охранного документа: 03.08.2017
26.08.2017
№217.015.e9ea

Радиационно-стойкий мультидифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления широкополосных сигналов. Технический результат заключается в уменьшении систематической составляющей напряжения смещения нуля. Радиационно-стойкий мультидифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628131
Дата охранного документа: 15.08.2017
29.12.2017
№217.015.f52a

Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала

Изобретение относится к области электроники и радиотехники. Технический результат: уменьшение коэффициента передачи входного синфазного сигнала. Технический результат достигается за счет новых элементов и связей, введенных в дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637465
Дата охранного документа: 04.12.2017
20.01.2018
№218.016.1d8f

Токовый элемент ограничения многозначной выходной логической переменной

Изобретение относится к области вычислительной техники, автоматики и может использоваться в различных цифровых структурах и системах автоматического управления и передачи информации. Технический результат заключается в возможности в рамках одной и той же архитектуры реализовывать две...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640740
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d98

Каскодный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к прецизионным устройствам усиления сигналов. Технический результат заключается в повышении разомкнутого коэффициента усиления по напряжению операционного усилителя. Каскодный дифференциальный операционный усилитель содержит: входной дифференциальный каскад с общей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640744
Дата охранного документа: 11.01.2018
13.02.2018
№218.016.205a

Широкополосный дифференциальный операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в повышении верхней граничной частоты коэффициента усиления по напряжению без увеличения тока потребления. Усилитель содержит: первый входной дифференциальный каскад с первым и вторым токовыми выходами, общая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641445
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.213f

Интегральная индуктивность с расширенным частотным диапазоном

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в ВЧ и СВЧ устройствах усиления и преобразования аналоговых сигналов, в структуре интегральных микросхем различного функционального назначения (например, избирательных усилителях, смесителях, генераторах и т.п.)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641719
Дата охранного документа: 22.01.2018
13.02.2018
№218.016.24ea

Компаратор токов с гистерезисом

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в датчиковых системах, нейронных сетях, устройствах передачи информации. Технический результат заключается в обеспечении сравнения двух входных токовых сигналов I, I с гистерезисом по входу I и возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642339
Дата охранного документа: 24.01.2018
13.02.2018
№218.016.2531

Биполярно-полевой операционный усилитель

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в качестве прецизионного устройства усиления сигналов. Технический результат заключается в расширении диапазона изменения отрицательного выходного напряжения ОУ до уровня, близкого к напряжению на второй (12) шине...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642337
Дата охранного документа: 24.01.2018
+ добавить свой РИД