167449. lajstromszámú szabadalom • Elektromos szűrő

3 167449 4 semmiféle szerepet sem játszanak. A pontosságot csak a mintavett értékek bitszáma, azaz az áramköri ráfordítások határozzák meg. A költségek az ilyen mintavevő szűrőknél multiplex kihasználással jelentősen csökkenthetők akkor, ha elegendően 5 nagy műveleti sebességű digitális kapcsolóeszközök állnak rendelkezésre. Annak ellenére, hogy a pontossági probléma a mintavevő szűrők alkalmazásánál jelentősen csök- 10 ken, optimális viszonyok elérésére törekszenek a költségek tekintetében is, a reaktáns szűrők kedvező érzékenységi viszonyainak megtartása mellett. Ezt az analóg mintavevő szűrőknél lényegében csak a kapcsolószűrők biztosítják a „belső kapacitások" 15 rezonanciáieltöltésével, digitális mintavevőszűrőknél pedig a digitális hullámszűrők. Az előbbinél hátrányos az, hogy a viszonylagos tűrési követelmények a kapacitásviszonyokra vonatkoznak. Kedvezőbb volna, ha csak az ohmos ellenállások 20 viszonya határozná meg a pontosságot, mivel ezeket a viszonyokat technológiailag könnyebb kézbentartani. A digitális hullámszűrők hátránya az, hogy a reaktáns szűrők egy meghatározott osztályát utánozzák, mégpedig azt, amely az induk- 25 tivitásokon és kapacitásokon kívül még veszteségmentes vezetékeket is tartalmaz, amelyek a szűrő fokozását és ezzel a költséget is megnövelik anélkül, hogy a szelektivitás megjavításához ugyanilyen mértékben hozzájárulnának. 30 Cél a találmánnyal a fenti hátrányok kiküszöbölése és olyan tekercsek nélküli elektromos szűrő létrehozása, amely egyrészt az LC reaktáns szűrők kedvező érzékenységi tulajdonságaival ren- 35 delkezik, másrészt folytonos működésű szűrőként és mintavevő szűrőként egyaránt megvalósítható. Az utóbbi esetben mind analóg, mind digitális vagy féldigitális működésre is alkalmas. Féldigitális alatt az analóg és a digitális működés keverékét értjük. 40 A fentieken kívül azt akarjuk elérni, hogy a pontosságot csak az ohmos ellenállások határozzák meg. A kitűzött feladatot legfeljebb harmadfokú elemi szűrőkkel valósítjuk meg, melyek be- és 45 kimenetei visszacsatoló hálózaton át vannak összekötve. A találmány szerint egy n-ed fokú szűrő létrehozásához n elemi szűrőt alkalmazunk. Az n elemi szűrőnek - az arányossági tényezőtől eltekintve — egyenlő az átviteli függvénye, mégpedig 50 előnyösen az F(p) = l/p, vagy F(p) = p függvényt közelíti, ahol p a komplex frekvenciaparaméter. Az elemi szűrők kimenetei a bemenetekkel előnyösen ohmos ellenállásokból álló és egyenlő osztási viszonyokkal rendelkező ill. adott esetben leg- 55 feljebb a műveleti erősítőt tartalmazó 2n vagy 2n-l feszültségosztón át úgy vannak összekötve, hogy mindegyik kimenet az elemi szűrők bemeneteinek legalább egyikére vissza van csatolva. A találmány célszerű kiviteli alakjánál az elektromos szűrő 60 bemenete és/vagy kimenete az elemi szűrők legalább egy bemenetével és/vagy kimenetével van összekötve. Az elemi szűrők elektronikus integráló vagy differenciáló áramkörökként alakíthatók ki. Az elemi szűrők digitális integrátorok vagy rekurzív 65 mintavevő szűrők is lehetnek. Az elektromos szűrő bemenete elé analóg-digitál átalakító, a kimenet után pedig digitál-analóg átalakító kapcsolható. Az elemi szűrők be- vagy kimenetére kapcsolt legfeljebb egy-egy digitális multiplikátorból építhetők fel. A digitális multiplikátorok helyett az elemi szűrők bemeneteire, vagy kimeneteire ohmos feszültségosztón át összekötött digitál-analóg és analóg-digitál átalakító párok is kapcsolhatók. Egy kizárólag induktivitásokból, kapacitásokból és valós ellenállásokból álló reaktáns szűrő utánzása céljából az elemi szűrők kimenő jeleinek vektorát a bemenő jelek vektorába transzformáló nátrix vagy annak reciproka a szerkezet szerint egyező, nagyság tekintetében pedig legalább oszloponként és soronként arányos. Ez egyrészt a reaktáns szűrő jellemzői, különösen az egymástól lineárisan független induktív áramok és kapacitív feszültségek közötti összefüggést, másrészt pedig a reaktáns szűrő induktív feszültségei és kapacitív áramai közötti összefüggést tükrözi. Az utánozandó reaktáns szűrő említett mátrixát H állapöt-indidencia mátrixnak, az adott esetben a feszültségosztó és a műveleti erősítő által meghatározott mátrixot pedig H' feszültségosztó mátrixnak nevezzük. A találmány szerint a két mátrixnak egyenlőnek kell lenni: H = H'. A találmány magyarázata során feltételezzük, hogy az utánozni kívánt reaktáns szűrőnek csak a kimenetén van valós R lezáró ellenállás. A bemeneten állandó U0

bemeneti feszültség van. A szűrőt alaptagok lánca alkotja. Az átviteli függvény számlálója állandó vagy a frekvencia-hatvánnyal arányos, nevezőjében pedig a komplex p frekvencia paraméter n-ed fokú polinomja van. Az alaptaglánc ilyen szerkezeténél a nevező fokszáma és ezzel a szűrő fokszáma is egyenlő a reaktív elemek számával. Ebben az esetben az induktivitások áramai és a kondenzátorok feszültségei lineárisan függetlenek, és n állapotjellemző sorozatát képezik, melyeket az Xi állapot vektorban foglalunk össze: Xi =(IL

,

UC

)'

(1) ahol IL

=

induktív áramok, Uc = kapacitív feszültségek, )' jel pedig transzponáltat jelent. Jelöljük pl. Lj, L2

, C

3

,

C4

-el

a két soros induktivitást, illetve a keresztirányú kapacitást egy negyedfokú aluláteresztő alaptagláncban, I1}

I

2

, U

3

, U

4

-el pedig ezeken az induktivitásokon folyó áramokat, illetve a kapacitások feszültségeit, így tehát X1

=(I

1

,I

2

,U

3

,U

4

)'. (2) A hozzátartozó feszültségek vektora az induktivitásokon és a kondenzátorok áramai: X2

=(U

1;

U

2

,I

3

,I

4

)', (3) és érvényes, hogy x2

=

p D xi, (4) ahol p egy tetszőleges £20

frekvenciára normált frekvencia paraméter, és D az R lezáró ellenállásra 2