[1]Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций.
[2]Полосовые АRC-фильтры (ПФ) с недифференциальным входом и парафазным выходом относятся к числу достаточно распространенных аналоговых устройств, определяющих качественные показатели многих радиотехнических систем, в том числе для цифровой обработки сигналов [1-22]. Наличие парафазного выхода является крайне важным качеством ARCФ, например, при его включении на входе АЦП с дифференциальным входом.
[3]Ближайшим прототипом заявляемого устройства является фильтр, описанный в патенте RU 2697945 («Активный RC-фильтр нижних частот третьего порядка на базе операционного усилителя с парафазным выходом», МПК H03H 11/12, 2019 г.). Он содержит (фиг. 1) вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, первый 3 и второй 4 выходы устройства, выходной операционный усилитель 5, причем инвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства, неинвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен со вторым 4 выходом устройства, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 связан с первым 3 выходом устройства через последовательно соединенные первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства через первый 9 конденсатор, общий узел первого 6 и второго 7 резисторов связан со вторым 4 выходом устройства через второй 10 конденсатор, инвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 и источник сигнала 2 согласованы с общей шиной источника питания 11, третий 12 конденсатор, четвертый 13 резистор.
[4]Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что он не обладает расширенным диапазоном рабочих частот и не обеспечивает повышенное затухание амплитудно-частотной характеристики АЧХ за его пределами. Это ограничивает области использования данной схемы.
[5]Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании полосового фильтра четвертого порядка с недифференциальным входом и парафазным выходом на классическом операционном усилителе, который имеет расширенный диапазон частот.
[6]Поставленная задача достигается тем, что в активном RC-фильтре фиг. 1, содержащем вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, первый 3 и второй 4 выходы устройства, выходной операционный усилитель 5, причем инвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства, неинвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен со вторым 4 выходом устройства, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 связан с первым 3 выходом устройства через последовательно соединенные первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства через первый 9 конденсатор, общий узел первого 6 и второго 7 резисторов связан со вторым 4 выходом устройства через второй 10 конденсатор, инвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 и источник сигнала 2 согласованы с общей шиной источника питания 11, третий 12 конденсатор, четвертый 13 резистор, предусмотрены новые элементы и связи - в схему устройства введены дополнительный конденсатор 14, причем вход 1 устройства связан с общим узлом второго 7 и третьего 8 резисторов через последовательно соединенные дополнительный конденсатор 14 и третий 12 конденсатор, общий узел дополнительного конденсатора 14 и третьего 12 конденсатора соединен со вторым 4 выходом устройства через четвертый 13 резистор.
[7]На чертеже фиг. 1 показана схема ПФ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого полосового активного фильтра четвертого порядка в соответствии с формулой изобретения.
[8]На чертеже фиг. 3 представлены результаты компьютерного моделирования схемы ПФ фиг. 2.
[9]Широкополосный полосовой фильтр четвертого порядка с одним входом и парафазным выходом фиг. 2 содержит вход 1 устройства, связанный с источником сигнала 2, первый 3 и второй 4 выходы устройства, выходной операционный усилитель 5, причем инвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства, неинвертирующий выход выходного операционного усилителя 5 соединен со вторым 4 выходом устройства, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 связан с первым 3 выходом устройства через последовательно соединенные первый 6, второй 7 и третий 8 резисторы, неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 соединен с первым 3 выходом устройства через первый 9 конденсатор, общий узел первого 6 и второго 7 резисторов связан со вторым 4 выходом устройства через второй 10 конденсатор, инвертирующий вход выходного операционного усилителя 5 и источник сигнала 2 согласованы с общей шиной источника питания 11, третий 12 конденсатор, четвертый 13 резистор. В схему устройства введены дополнительный конденсатор 14, причем вход 1 устройства связан с общим узлом второго 7 и третьего 8 резисторов через последовательно соединенные дополнительный конденсатор 14 и третий 12 конденсатор, общий узел дополнительного конденсатора 14 и третьего 12 конденсатора соединен со вторым 4 выходом устройства через четвертый 13 резистор.
[10]Рассмотрим работу схемы ПФ фиг. 2.
[11]Передаточная функция схемы полосового фильтра четвертого порядка фиг. 2 описывается математическим выражением
[12]
[13]где 
и 
- коэффициенты числителя и знаменателя передаточной функции (1).
[14]Характер изменения АЧХ и ФЧХ фильтра от частоты зависят от численных значений и передаточной функции (1). В свою очередь эти коэффициенты определяются топологией схемы и параметрами пассивных элементов - сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов. Так, для схемы, приведенной на фиг. 2, коэффициенты передаточной функции определяются соотношениями
[15]
[16]где 
сопротивления резисторов 13, 8, 7 и 6 соответственно, 
- емкости конденсаторов 14, 12, 10 и 9 соответственно.
[18]Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с прототипом.
[19]БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[20]1. 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.
[21]2. Патент RU 2697945, 2019 г.
[22]3. Патентная заявка US 2010/0322440, fig. 3, 2010 г.
[23]4. Патент RU 2695981, 2019 г.
[24]5. Патент RU 2694740, fig. 2, 2019 г.
[25]6. Патент US 8872586, fig. 4, 2014 г.
[26]7. Патентная заявка US 2017/0077903, 2017 г.
[27]8. Патентная заявка US 2015/0214925, fig. 9, 2015 г.
[28]9. Патент SU 1187241, 1983 г.
[29]10. Патент SU 813694, 1981 г.
[30]11. Патент JP 63-240114, 1988 г.
[31]12. Патент US 3736517, 1973 г.
[32]13. Патент US 6407627, 2002 г.
[33]14. Патент SU 510778, 1976 г.
[34]15. Патент SU 813695, 1981 г.
[35]16. Патент SU 849449, 1981 г.
[36]17. Патент SU 932597, fig. 1, 1982 г.
[37]18. Патент SU 1062850, 1983 г.
[38]19. Патентная заявка US 2011/0012678, 2011 г.
[39]20. Патент US 3.999.137, 1976 г.
[40]21. Патент US 4.015.224, 1977 г.
[41]22. Патентная заявка US 2017/0033759, 2017 г.
, 
, 
и 
была получена АЧХ полосового фильтра (фиг. 3). Это подтверждает работоспособность предложенного решения, причем передаточная функция фильтра четвертого порядка реализуется путем применения минимального количества пассивных и активных элементов в схеме ARCФ, который имеет расширенный диапазон частот и повышенное ослабление сигнала за его пределами.
