Синтез активных фильтров с низкой параметрической чувствительностью

• Автор: Христич, Вилен Васильевич
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.13.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 185 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .

1.Стабильность амплитудночастотных характеристик активных фильтров.

1.1.Меры чувствительности частотных характеристик фильтров

1.2.Фильтры с многопетлевой обратной связью

1.3.Элементная имитация лестничных ЛСфильтров . .

1.4.Операционная имитация лестничных 1Сфильтроз .

1.5.Квадратурные и синхронные фильтры.

2.Квазилестничные фильтры .

2.1.Метод синтеза .

2.2.Синтез структурных схем ФНЧпрототипа .

2.3.Канонические структуры КЛФ
2.4.Симметричные структуры
2.5.Схемотехника квазилестничных фильтров .
2.6.Полосовые фильтры на основе дробных звеньев . .
2.7.Синтез и моделирование неканонических полосовых АСфильтров 5
3.Фильтры с арифметически симметричными АЧХ
3.1.Инвариантные частотные преобразования .
3.2.Приближенные частотные преобразования .
3.3.Неимитационный метод синтеза активных фильтров.
3.4.Синтез режекторных ФАС
3.5.Синтез полосовых ФАС
3.6.Полосовые ФАС с характеристикой типа С
3.7.Двухканальная структура полосового ФАС
4.Фильтры минимальной чувствительности .
4.1.Условия глобального минимума чувствительности
АЧХ к постоянным времени звеньев фильтра .
4.2.Условия минимальной чувствительности АЧХ
в полосе пропускания фильтра .
4.3.Синтез фильтров с минимальной чувствительностью
в полосе пропускания .
4.4.Минимизация чувствительности в полосе режекции . .
4.5.Синтез матрицы нулевого приближения
4.6.Полосовые ФАС с АЧХ типа В .
5.Комплексные квадратурные и синхронные фильтры . .
5.1.Свойства комплексных квадратурных фильтров . .
5.2.Синтез комплексных квадратурных фильтров . . .
5.3.Функции параметрической чувствительности ККФ .
5.4.Комплексные синхронные фильтры
Заключение.
Литература


Поскольку коэффициенты передачи звеньев характеризуются отношением параметров однотипных компонентов (резисторов) и чувствительность АЧХ к этим компонентам не зависит от селективных свойств фильтра, степень влияния компонентов этой группы на стабильность АЧХ вторична и при оптимизации чувствительности чаще всего не учитывается. Неидеальность активных элементов (в основном - ограниченность площади усиления операционных усилителей - ОУ) сказывается на свойствах фильтра как действие паразитных эффектов |], влияние которых можно ослабить путем выбора соответствующих типов ОУ, оптимизации схем звеньев и компенсации []. Рассмотрим основные методы снижения параметрической чувствительности АЧХ активных фильтров. До конца -х и в начале -х годов совершенствование активных фильтров проводилось преимущественно в рамках каскадной структуры, а основным предметом исследований и разработки служили активные звенья второго порядка. В эго время были разработаны схемы звеньев с компенсацией нестабильностей [,,] и схемы с несколькими операционными усилителями 9, ], а также конструировались передаточные функции фильтров с низкой добротностью полюсов, что достигалось за счет введения нулей передачи [. В свою очередь, применение передаточных функций с нулями передачи потребовало разработки и совершенствования биквадратичных звеньев [, , 3S, . В начале -х годов опубликовано ряд работ (7,8,9, , ,,], где проблема повышения стабильности фильтров решалась уже на структурном уровне путем введения обратных связей между звеньями, причем число таких связей принималось равным п -1 (п - порядок ФНЧ-прототипа). В дальнейшем исследовались преимущественно только три структуры: leap-frog; follow-the-leader feedback; inverse follow-the-leader feedback. Для реализации дробно-рациональной функции передачи использовалось или разветвление на входе, когда входной сигнал подается с заданными весовыми коэффициентами на входы всех звеньев, или суммирование на выходе, когда выходные сигналы от всех звеньев поступают на выходной сумматор фильтра. В последующих работах [,,,,] проведен подробный сравнительный анализ перечисленных структур, а также показана возможность (правда, ограниченная) минимизации параметрической чувствительности путем оптимального выбора затуханий звеньев. Из указанных выше работ следует однозначный вывод о более низкой параметрической чувствительности структур с многопетлевой обратной связью по сравнению с каскадной. Однако эти преимущества фильтров с многопетлевой обратной связью не столь существенны при реализации дробно-раииональных функций передачи. Элементная имитация лестничных /. Параллельно с исследованиями многопетлевых структур интенсивно разрабатывались методы синтеза активных фильтров как моделей пассивных КЬС-цепей. Это было связано с тем фактом, что из всех известных на тот период фильтров (в определенной мере на этот период тоже) наименьшей параметрической чувствительностью обладали двусторонне нагруженные лестничные /Х-фильтры. В табл. А С-фильтр о в 5-8 порядков типа С-, Сс-, С- и Сс- |], характеризующихся максимальной неравномерностью в полосе пропускания о = 0, дБ и коэффициентом прямоугольности АЧХ и = 1,; 1,; 1,; 1, соответственно. Расчет чувствительности полосовых (ПФ) и режсктор-ных (РФ) фильтров проводился при относительной ширине полосы пропускания IV = 0. Для сравнения в табл. Таблица 1. Таблица 1. Исторически первым методом синтеза безьгндуктивных фильтров был так называемый метод /. S |, когда каждая катушка индуктивности исходного /. С-фильтр а заменялась гиратором, нагруженным на емкость. Несколько позже были разработаны более совершенные схемы преобразователей сопротивлений на основе операционных усилителей и новые методы синтеза фильтров. При синтезе фильтров методом элементной имитации используются комплексные конверторы сопротивления (КС) [1, в частности схема Антонио |1| (рис. ОУ. YJ, ’ “ У. Применив тот или иной набор резисторов и конденсаторов, можно реализовать на соответствующих зажимах индуктивность, супериндуктивность или суперемкость. У, = рСх; Y2=G2; У3 = Оу; У4 = ; У0 = С? У5 = PCS. Исходя из свойств комплексных конверторов, Д.