Активный двухполюсник
Иллюстрации
Реферат
АКТИВНЫЙ ДВУХПОЛЮСНИК, содержащий операционньй усилитель, не5 спь инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено.продольное плечо П-образного RC-звена, поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника , отличающийся тем, что, с целью повышения добротности имитанса, последовательно с П-образным RC-звеном включено Г-образное RC-звено, поперечное плечо которого подключено к входу активного двухполюсника, причем продольные и поперечные плечи соответственно П-образного и Г-образного КС-звеньев 9 имеют одинаковый характер проводимо тей соответственно. (Л -0
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЯИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) g i) Н 03 Н 11/00, Н 03 Н 11/46
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф (с.;. з
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ц
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а.-» ., " @ @ц (21) 3453915/18-09, 3451816/18-09 (22) 03.06.82 (46) 23.08.84. Бюп. ¹ 31 (72) Н.В.Анточ и К.П.Гордиенко (71) Кишиневский политехнический институт им. Сергея Лазо (53) 621.372.221.45 (088.8) (56) 1. Патент США № 399154, кл. Н 03 Н 7/44..
2. Хейнлейн В.Е., Холмс B.Х. Активные фильтры для интегральных схем. N., "Связь", 1980, с. 520-523, рис. 9.42 (прототип) . (54) (57) АКТИВНЬЙ ДВУХПОЛЮСНИК, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено.продольчое плечо П-образного RC-звена, поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности имитанса, последовательно с
П-образным RC-звеном включено Г-o6- разное RC-звено, поперечное плечо которого подключено к входу активного двухполюсника, причем продольные и поперечные плечи соответственно
П-образного и Г-образного RC-звеньев
Ф имеют одинаковый характер проводи- Ж мостей соответственно.
1109884
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в интегральных схемах для создания частотно-избирательных цепей.
Известен активный двухполюсник, который используется для имитации реактивных элементов и содержащий операционный усилитель, к которому подключены RC-цепи (11.
Недостатками активного двухполюспика являются его сложность, а также низкая добротность, обусловленная потерями в схеме.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является 15 активный двухполюсник, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено, продольное 20 плечо П-образного С-звена., поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника. При имитации индуктивности активным двухполюсником П-образное 2S С-звено содержит резисторы в поперечных плечах, и конденсаторы в продольном плече, а в случае имитации частотно-зависимого отрицательного сопротивления (суперъемкость) П-образ- 3О ное RC-звено содержит конденсаторы в поперечных плечах и резисторы в продольном плече Г 21, Недостатком известного активного двухполюсника является низкая доброт-З5 ность, обусловленная наличием потерь в схеме. Активный двухполюсник, имитирующий реактивные элементы, обла-. дает потерями. Так, индуктивные потери определяются эквивалентным зна- 4р чением резистивного сопротивления потерь подключенного к индуктивности параллельно, а потери суперъемкости определяются эквивалентйой емкостью потерь, также подсоединенной к ней 4g параллельно.
Таким образом, известный активный. двухполюсник имитирует имитансы с низкоч добротностью. Кроме того, SQ фильтры и другие -избирательные цепи, построенные на известном активном двухполюснике, требуют большего количества звеньев при той же избирательности, а это приводит к увели- у чению габаритов и их стоимости.
Цель изобретения — повышение добротности имитанса.
Цель достигается тем, что в актив.ный двухполюсник, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а в цепи отрицательной обратной связи его включено продольное плечо
П-образного RC-звена, поперечные плечи которого объединены и являются входом активного двухполюсника, по" следовательно с П-образным RC-звеном включено Г-образное RC-звено, поперечное плечо которого подключено к входу активного двухполюсника, причем продольные и поперечные плечи соответственно П-образного и Г-образного RC-звеньев имеют одинаковый характер проводимостей соответствен- . но.
На фиг. 1 и 2 приведены электрическая принципиальная и эквивалентная схемы активного двухполюсника, имитирующего суперъемкость, на фиг. 3 и 4 вЂ, электрическая принципиальная и эквивалентная схемы, активного двухполюсника с индуктивным хара. тером проводимости, на фиг.S-8 — . дуальные схемы предлагаемого активного двухполюсника.
Активный двухполюсник содержит операционный усилитель 1, П-образное
RC-звено 2, Г-образное RC-звено 3.
Активный двухполюсник работает следующим образом;
Предлагаемый активный двухполюсник имитирует суперъемкость нли индуктивность в зависимости от характера проводимостей продольных и поперечных плеч П образного RC-звена 2.
Так, при суперъемкостном характере активного двухполюсника П-образное
RC-звено 2 состоит из конденсаторов в поперечных плечах и из резисторов в продольных плечах (фиг.1), а при индуктивном характере проводимости — в продольных плечах содержит конденсаторы, а в поперечных — резисторы (фиг.3) .
Входное сопротивление активного двухполюс ника определяется следующим выражением ..
° l л
Зв
Ъ.ЦВ у Щъ |- Щ$ 1» Ый 4 LJ + Qg+ g
Яа ° Lfg Цзф
4 ф .Ф - Ыу Ф1.ЫФ.,,, при условии, что ч = ч=, ч 9 9 4
1109884
4 дуктивным характером проводимости (фиг.3)
")san =
6h-14 .25 a а> 1 1+.1 ъ
5 . — н.ъ;-.— .4й;:
QgiRg
CH» 14 Р С 4 4РР
Обозначаем
91 1 Р Р(Р . СИР!Р3Р5 (Щ 4 4 б k<
Из выражения для входной проводимости активного двухполюсника, реализующего индуктивность, видно, чтб на квазирезонансной частоте входного гармонического сигнала отрицательная проводимость, выраженная слагае1 и Р,С С К К С, eH maeT положи
20 % и М 3 Е тельную проводимость потерь, выра-,. женную слагаемым З 5 "- ь (К,+К )R Ю R л У б
С1С Св 4Р 3
Из выражения для входной проводимости активного двухполюсника, реализующего суперъемкость видно, что на квазирезонансной частоте входного ,гармонического сигнала отрицательная емкостная проводимость, выраженная слагаемым Р С„С СВR Rz,, уменьшает положительную емкостную проводимость потерь, равную слагаемому Р(С +С +С 1
Таким образом, потери суперъемкости, которые определяются эквивалентным значением проводимости емкостей, равной Р(С„+С +С ), компенсируются отрицательной эквивалантной емкостной проводимостью, равной P С„ С С Я Q а это обеспечивает увеличение добротности активного двухполюсника имитируЭ 40 ющего суперъемкость.Эквивалентная
/ схема активного двухполюсника приведена фиг.2. л
Ч =Р, Яз" Р Э / =pe Ч " ф Ц 9 45
При
1 где С., C>, С вЂ” емкости ко щенсаторов в поперечных плечах, П-образного и Г-образного
RC-звеньев 2 и 3,"
R<, R+ — сопротивления резисторов в продоль, ных плечах. П-образного RC-звеньев 2 и 3, получаем выражение входной проводиг мости активного двухполюсника с суперъемкостным характером проводимости
@„*P(e
+Съ) Ф pðñ1ñúcÁÑ24рмОбозначаем
C 4+(Â.4; СМ (4С5) -М (С1+СД.Э; гдек 4 R> R< сопротивление резис торов в поперечных плечах П-образного и и Г-образного
RC-звеньев 2 и 3, .
Су С, — емкости конденсаторов в продольных плечах П-образного и Г-образного
RC-звеньев 2 и 3, получаем выражение входной проводимости активного двухполюсника с инТаким обра з ом, пот ери индуктивности, которые определяются эквивалентным значением проводимости по 5+1 терь, равной, умень л RBRs шаются за счет отрицательной эквивалентной проводимости, так называемой супериндуктивности, равной
p2C C R R я а э1о обеспечивает увей ч ь в личение добротности активного двухполюсника, имитирующего индуктивность, Эквивалентная схема приведена на фиг. 4.
Кроме того, использование схем активного двухполюсника, имитирующего индуктивность и суперъемкость с повышенной добротностью и малыми потерями, позволяют строить избирательные цепи с меньшим количеством элементов при тех же заданных параметрах, а это приводит к уменьшению габаритов и стоимости микроэлектронных систем.
Напряжение внешнего генератора 4 напряжения распределится на конечном внутреннем сопротивлении 5 и на входном сопротивлении активного двухполюе ника .
Падение напряжения на входном сопротивлении активного двухполюсника на нулевой частоте равно напряжению внешнего генератора 4, а ток, " проходящий через конечное внутреннее сопротивление 5 равен нулю. С рос1109884 том частоты в схеме активного двух- полюсника проявляется действие отрицательной обратной связи, в результате чего напряжение на активном двухполюснике уменьшается, а это при- водит к появлению тока через конечное внутреннее сопротивление 5. В этом случае активный двухполюсник соответствует конвертору сопротивления с инверсией напряжения.
Эквивалентная схема активного двухполюсника с суперъемкостным характером проводимости представляет собой схему, состоящую из параллельно соединенных емкости потерь,суперъ-15 емкости и отрицательной частотнозависимой емкости (фиг.2). На квазиреэонансной частоте эквивалентная емкостная проводимость потерь уменьшается за счет отрицательной емкости проводимости.
Эквивален7ная схема активного двухполюсника с индуктивным характером проводимости представляет собой также схему, состоящую из параллель- 2 но соединенных резистора, индуктивности и так называемой супериндуктивности (фиг.4). На квазирезонансной частоте эквивалентная отрицательная проводимость супериндуктив- ЗО ности уменьшает эквивалентную проводимость потерь резистора.
Возможным вариантом предлагаемого активного двухполюсника, содержащего
П-образное RC-звено 2, является схема, в которой вводимый пассивный двухполюсник одним из своих полюсов подсоединяется к общей шине, а не к входному полюсу активного двухполюсника.
Предлагаемый активный двухполюсиик при имитации параллельного соединения эквивалентной емкости, суперъемкости и эквивалентной отрицательной частотно-зависимой емкости имеет дуальную схему (фиг.5), построенную по правилам построения двуальных схем, имитирующую последовательное соединение указанных элементов (фиг.б) . При имитации параллельного соединения. резистора, индуктивности и супериндуктивности активный двухполюсник также имеет дуальную схему (фиг.7), построенную по правилам построения дуальных цепей и имитирующую последовательное соединение этих элементов (фиг.8).
Введение в схему активного двухполюсника пассивного двухполюсника (Г-образного OC-звена 3) с соответст:вующим характером проводимости и включение его каскадно с П-образным С-звеном 2 в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя
1 выгодно отличает предлагаемое изобретение от известного, поскольку увеличивает добротность не менее, чем на один порядок за счет компенсации потерь в схеме.
1 1() 988li иг.
Фиг.
Фиг. Б
Фиг. Х
»0 884
4э
Фиг, 7
Фиг. Ю
Составитель A.Ìåíüøèêîâà
Редактор Н.Данкулич Техред Т.Маточка Корректор Г Решатник
Заказ 6100/41 Тираж 862 Подлисное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
»3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, л,. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужг ор »;,, l Прог ктн "lí,