166133. lajstromszámú szabadalom • Elliptikus aktív RC szűrő kapcsolási elrendezések

166133 3 4 A legkorszerűbbnek tekinthető hasonló célú egy műveleti erősítőt tartalmazó kapcsolást PIERCEY dolgozta ki: PIERCEY: „Synthesis of active RC filter networks" A. T. E. Journal, Vol. 21. No. 2. pp: 61—75. ápr. 1965. ós jelenleg, mint legjobban elterjedt elliptikus szűrőbapcsolást a Dell laboratórium és sok más intézet alkalmazza. A kapcsolás részletes ismertetésére a következőikben kerül sor. Ábrafelsorolás: Az 1. ábra ismert elliptikus szűrő kapcsolási elrendezését mutatja. A 2. ábra a találmány szerinti aluláteresztő elliptikus kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakjának kapcsolási vázlata. A 3. ábra a találmány szerinti felüláteresztő elliptikus kapcsolási elrendezés példakénti kiviteli alakjának kapcsolási vázlata. A 4—7. ábrán járulékos illetve további megoldások kapcsolási vázlatai. A rajzokon azonos hivatkozási számok hasonló részleteket jelölnek. Az 1. ábrán a legismertebb, PIERCEY által kidolgozott, elliptikus aktív RC szűrő alaptag kapcsolása látható. A kapcsolás egyetlen 4 műveleti erősítőt tartalmaz. A 4 műveleti erősítő kimenete a kapcsolás 2 kimenetére csatlakozik. A 4 műveleti erősítő 2 kimenetéről 7, 8 ellenállások segítségével negatív visszacsatolást valósítanak meg. A műveleti erősítők erősítése a 6 invertáló bemenet és 2 kimenet között 7, 8 ellenállások viszonyától függ. Az erősítés pozitív, egynél nagyobb értékű. Az aktív RC szűrőhatás elérése céljából a 4 műveleti erősítő 2 kimenetéről 9 frekvenciafüggő hálózaton keresztül visszacsatolnak a 4 műveleti erősítő 5 neminvertáló bemenetére. Ugyanezen frekvenciafüggő hálózatra csatlakozik a kapcsolás 1 bemenete és a be- és kimenet közös 3 földpontja. Az ismert 9 frekvenciafüggő hálózat 10, 11, 12 ellenállásokból, és 13, 14, 15 kondenzátorokból felépített kettős T hidat, valamint 16 ellenállást és 17 kondenzátort tartalmaz. A kapcsolás nem előnyös tulajdonságai: Az elliptikus szűrőtulajdonság eléréséhez a 9 frekvenciafüggő hálózaton belül aránylag sok, nyolc passzív elem szükséges, négy ellenállás és négy kondenzátor. A kapcsolás átvitele harmadfokú, aminek másodfokúvá történő kompenzálása az elemértékek megválasztására kedvezőtlen kötöttséget ad. A kapcsolás az elemértékek kedvezőtlen kötöttsége miatt a pólus Q-tényező érzékenységére nem optimalizálható. Erősen eltérő pólus és zérusfrekvencia realizálása nagy elemszórást eredményez. A kapcsolás csak alacsony (5—10) pólus Q-tényező stabil megvalósítását teszi lehetővé. Az 1. ábrán látható ismert kapcsolás fennemlített hátrányos tulajdonságainak kiküszöbölésére számos szerző tett kísérletet. Egyes változatokban az 1. ábra kapcsolásában a megvalósítandó szűrőkarakterisztikától függően, a 12 ellenállást vagy a 15 kondenzátort a 2 kimenet helyett a 3 földre kapcsolják és aluláteresztő elliptikus szűrő esetén a 16 ellenállást, felüláteresztő elliptikus szűrő esetén 17 kondenzátort elhagyják. Ilyen megoldások találhatók a következő irodal-5 mi publikációkban: BOYCE, A. H: „A theoretical and practical study of active filters" Marconi Review, Vol. 30. pp. 68—97. 1967. MITRA, S. K: Synthesizing active filters" 10 IEEE Spectrum, Jan. 1969. pp. 47—63. G. S. MOSCHYTZ; W. THELEN: „Design of hybrid-integrated filter building blocks" IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. SC—5. June. 1970. (Beszámoló a Bell Laboratóriumban alkalis mázott aktív szűrőkről.) Mivel ezen változatokban a 10, 11, 12 ellenállásokból és 13, 14, 15 kondenzátorokból felépített kettős T híd összes eleme megmarad amiatt a felsorolt hátrányos tulajdonságok változatlanok, 20 egyedül a passzív elemek száma csökkenthető eggyel. Az ismert megoldások közül a legkorszerűbbnek még így is az 1. ábrán látható, a Bell Laboratórium és sokak által alkalmazott struktúra 25 tekinthető, amely az említett hátrányos tulajdonságainak ellenére, szélesebb frekvenciatartományban alkalmazható, mint más, egy vagy több műveleti erősítőt tartalmazó kapcsolások. Jelen találmány szerinti kapcsolási elren-30 dezés, laz ismert elliptikus szűrők hátrányos tulajdonságait kiküszöböli. A találmány tárgya tehát elliptikus aktív RC aluláteresztő, vagy felüláteresztő, szűrő kapcsolási elrendezés, amely egyetlen műveleti erősítőt tartalmaz, 35 amelynek kimenete a faapcsolás kimenetével azonos, valamint a kapcsolás kimenete és a be- és kimenet közös földpontja közé feszültségosztó ellenálláshálózat van bekötve és ennek osztási pontja a műveleti erősítő invertáló bemene-40 tével van összekötve, valamint a műveleti erősítő kimenete és a kapcsolás bemenete frekvenciafüggő hálózaton keresztül a műveleti erősítő nem invertáló bemenetére csatlakozik és a frekvenciafüggő hálózat elemei felüláteresztő szűrő 45 esetén az aluláteresztő szűrő frekvenciafüggő hálózat elemeinek RC—CR transzformáltja. A találmány abban van, hogy a kapcsolás bemenete és a műveleti erősítő invertáló bemenete közé nem transzformálódó ellenállás hálózat van 50 kapcsolva, míg aluláteresztő szűrő esetén a frekvenciafüggő hálózatban a kapcsolás bemenete és a műveleti erősítő nem invertáló bemenete közé két ellenállás van sorosan kapcsolva, ezek közös pontját kondenzátor köti ősze a kapcsolás ki-55 menetével, valamint ugyancsak a kapcsolás bemenete és a műveleti erősítő neminvertáló bemenete közé kondenzátor van kapcsolva és a műveleti erősítő neminvertáló bemenetét kondenzátor köti össze a be- és kimenet közös föld-60 pontjával. A találmány tárgyát a 2—7. ábrák alapján ismertetjük részletesen. A 2. ábrán másodfokú, elliptikus szűrőtulajdonságú (véges frekvenciájú csillapításpólussal 65 rendelkező) aluláteresztő, a 3. ábrán felülát-2