Регулируемый режекторный фильтр сетевой частоты для обработки физиологических сигналов
Полезная модель регулируемый режекторный фильтр сетевой частоты для обработки физиологических сигналов относится к схемам режекторных фильтров с управляемой добротностью и предназначена для использования в устройствах электрофизиологической аппаратуры для фильтрации сигналов от помех на сетевой частоте 50 или 60 Гц. Режекторные фильтры широко применяются в медико-биологических системах, в системах связи, аудио системах и в различных измерительных приборах. Эти фильтры обеспечивают ослабление входного сигнала до уровня -30 - -60 дБ на частоте режекции. Особенно это актуально при подавлении помехи сетевой частоты 50/60 Гц. Обычно для режекторных фильтров требуется, чтобы коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания равнялся единице. Также требуется обеспечить возможность подстройки величины значения добротности фильтра Q в широких пределах при сохранении постоянства величины коэффициента передачи в полосе пропускания. Режекторные фильтры относятся к числу достаточно распространенных аналоговых устройств, определяющих качественные показатели многих радиотехнических систем, в том числе для цифровой обработки сигналов [1-27]. В данном классе устройств особое место занимают режекторные фильтры с независимой подстройкой добротности [28-31]. Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков к предлагаемому режекторному фильтру сетевой частоты для обработки физиологических сигналов является регулируемый активный режекторный фильтр по патенту на полезную модель № RU 59911 U1. (Белов А.В. и др., класс Н03Н 7/12, выдан 27.12.2006). Этот фильтр выбран в качестве прототипа. На фиг. 1 представлена схема регулируемого активного режекторного фильтра - прототипа. Регулируемый активный режекторный фильтр содержит: дифференциальный операционный усилитель (1), потенциометр (2), движок которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 1; первый вывод потенциометра 2 подключен к точке соединения выхода дифференциального операционного усилителя 1 и входа исходного неинвертирующего режекторного фильтра, второй вывод потенциометра 2 подключен к выходу активного режекторного фильтра; исходный неинвертирующий режекторный фильтр (3), исходный неинвертирующий режекторный фильтр (3) имеет соединение с общим земляным проводом. Выходом регулируемого активного режекторного фильтра является выход исходного неинвертирующего режекторного фильтра. Входом регулируемого активного режекторного фильтра является неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя 1. Достоинством схемы прототипа является возможность подстройки величины добротности фильтра с помощью потенциометра с применением только отрицательной обратной связи. Недостатком прототипа является ограничение максимально допустимого входного напряжения на частоте режекции при задании максимальной добротности фильтра. Задачей предлагаемой полезной модели является исключение снижения амплитуды входного напряжения регулируемого режекторного фильтра на частоте режекции при повышения значения добротности регулируемого режекторного фильтра. Предлагаемый регулируемый режекторный фильтр сетевой частоты для обработки физиологических сигналов поясняется чертежами (далее - регулируемый режекторный фильтр), представленными на фиг. 1-7, где на фиг. 1 приведена схема - прототипа предлагаемого устройства, на фиг. 2 - схема регулируемого режекторного фильтра, на фиг. 3 - принципиальная схема регулируемого режекторного фильтра, на фиг. 4 приведены графики изменения амплитуды входного напряжения в зависимости от заданной добротности для регулируемого режекторного фильтра и схемы прототипа, на фиг. 5 - амплитудно-частотные характеристики регулируемого режекторного фильтра и схемы прототипа на фиг. 6 - амплитудно-частотные характеристики регулируемого режекторного фильтра в области подавления частоты режекции при различной добротности. на фиг. 7 - график временной зависимости максимального входного и выходного напряжения регулируемого режекторного фильтра при заданной наибольшей добротности. Регулируемый режекторный фильтр на фиг. 2 содержит: дифференциальный операционный усилитель (1) (далее ДОУ), потенциометр (2), исходный неинвертирующий режекторный фильтр (3), общий провод источника питания (4), резистивный делитель (5), ограничительный резистор (6), выходной усилитель (7). Инвертирующий вход ДОУ (1) соединен с движком потенциометра (2), первый вывод потенциометра (2) подключен к точке соединения выхода ДОУ (1) и входа исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3), между вторым выводом потенциометра (2) и выходом исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3) включен ограничительный резистор (6), образующий совместно с сопротивлением потенциометра (2) резистивный делитель напряжения, неинвертирующий режекторный фильтр (3) подсоединен к общему провод источника питания (4), между входом регулируемого режекторного фильтра и общим проводом источника питания (4) включен резистивный делитель напряжения (5) с коэффициентом передачи Кдел, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя (1). К выходу исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3), подключен усилитель (7) с коэффициентом усиления по напряжению 1/Кдел, выход которого является выходом регулируемого режекторного фильтра. Увеличение величины добротности Q фильтра обеспечивается путем перемещения движка потенциометра в сторону ограничительного сопротивления. При этом увеличивается коэффициент усиления ДОУ. Для работы в линейной зоне ДОУ, требуется уменьшение входного напряжения подаваемого на регулируемый режекторный фильтр, поскольку на частоте режекции напряжение на выходе ДОУ возрастает, то к неинвертирующему входу ДОУ подключен резистивный делитель напряжения с коэффициентом передачи Кдел. Введение резистивного делителя на входе регулируемого режекторного фильтра с коэффициентом деления Кдел и включение последовательно с выходом исходного неинвертирующего фильтра усилителя с коэффициентом усиления 1/Кдел позволяет работать исходному неинвертирующему режекторному фильтру при пониженном входном напряжении в Кдел раз и обеспечивать тем самым подачу на вход регулируемого режекторного фильтра максимального входного напряжения на частоте режекции, при наибольшей заданной добротности. Техническим результатом заявляемого регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов, является обеспечение его работы при максимальной амплитуде входного напряжения на частоте режекции и максимальной задаваемой добротности. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Патент SU 327571 А1, 1972 г. 2. Патент SU 375030 А1, 1973 г. 3. Патент SU 423186 А1, 1974 г. 4. Патент SU 430484 А1, 1974 г. 5. Патент SU 633135 А1, 1978 г. 6. Патент SU 849450 А1, 1981 г. 7. Патент SU 1146797 А1, 1985 г. 8. Патент SU 1224976 А1, 1986 г. 9. Патент SU 1246342 А1, 1986 г. 10. Патент SU 1737705 А1, 1992 г. 11. Патент RU 2031539 С1, 1995 г. 12. Патент RU 2110140 С1, 1998 г. 13. Патент RU 2702496 С1, 2019 г. 14. Патент RU 2702499 С1, 2019 г. 15. Патент RU 2710292 С1, 2019 г. 16. Патент RU 2710852 С1, 2020 г. 17. Патент RU 2738030 С2, 2020 г. 18. Патент RU 165601 U1, 2016 г. 19. Патент RU 170069 U1, 2017 г. 20. Патент RU 180799 U1, 2018 г. 21. Патент RU 188003 U1, 2019 г. 22. Патент RU 199745 U1, 2020 г. 23. Патент RU 207908 U1, 2021 г. 24. Патент US 4156853 1979 г. 25. Патент US 3838351 1974 г. 26. Патент US 3611194 1974 г. 27. Патент US 4242642 1980 г. 28. Титце У., Шенк К., Полупроводниковая схемотехника, т. 2, Москва 2007 с. 143. 29. Bainter J.R., Active filter has stable notch, and response can be regulated, Electronics, 1975, October, 2 pp. 115-117. 30. N. Fliege, A new class of second-order RC-active filters with two operational amplifiers, NTZ 26(4), pp. 279-282, 1973. 31. RU 59911 U1 МПК H03H 7/12 (2006.01) Регулируемый активный режекторный фильтр 2006.12.27 (Прототип). Полезная модель относится к схемам режекторных фильтров с управляемой добротностью и предназначена для использования в устройствах электрофизиологической аппаратуры для фильтрации сигналов от помех на сетевой частоте 50 или 60 Гц. Техническим результатом полезной модели является обеспечение работы регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов при максимальной амплитуде входного напряжения на частоте режекции и максимальной задаваемой добротности. В регулируемом режекторном фильтре сетевой частоты для обработки физиологических сигналов между вторым выводом потенциометра (2) и выходом исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3) включен ограничительный резистор (6). Между входом регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов и общим проводом источника питания (4) включен резистивный делитель напряжения (5), выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя (1). К выходу исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3) подключен усилитель (7), выход которого является выходом регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов. 7 ил. Регулируемый режекторный фильтр сетевой частоты для обработки физиологических сигналов, содержащий дифференциальный операционный усилитель (1), выход которого соединен со входом исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3), один вывод которого подсоединен к общему проводу заземления; потенциометр (2), первый вывод которого подсоединен к выходу дифференциального операционного усилителя, движок потенциометра (2) подключен к инвертирующему входу дифференциального операционного усилителя (1), отличающийся тем, что между вторым выводом потенциометра (2) и выходом исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3) включен ограничительный резистор (6); между входом регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов и общим проводом источника питания (4) включен резистивный делитель напряжения (5), выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя(1), к выходу исходного неинвертирующего режекторного фильтра (3) подключен усилитель (7), выход которого является выходом регулируемого режекторного фильтра сетевой частоты для обработки физиологических сигналов.
