Нелинейный фильтр нижних частот

Нелинейный фильтр нижних частот

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.5

Б.Н.Дралюк, Б.И,Конторович, Ю.А.Мишин, P.È.Î÷åèîañêèé, В.Е.Рязанцев, С.К.щипанов и Г.S.Ñìíàéñêèé

1 (72) Авторы иэобретення с

Научно-исследовательский институт тяаелого. машиностроения и Верх-Исетский металлургйчвский завод (71) Заявители (54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах автоматического регулирования.

Известны фильтры нижних частот для подавления высокочастотных составляющих сигнала и помех в системах автоматического регулирования, содержащие активные элементы и инерционныв звенья (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нелинейный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные первый резистор, входной усилитель

13 и блок ограничения скорости измерения сигнала, выполненный на последовательно соединенных втором резисторе и инвертирующем усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, выход блока ограничения скорости изменения сигнала через резистивную цепь обратной связи соединен с входом входного усилителя $2).

Однако известные фильтры нижних частот имеют значительный фазовый сдвиг на высоких частотах.

Цель изобретения - уменьшение фазового сдвига на высоких частотах.

Цель достигается тем, что в нелинейный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные первый резистор, входной усилитель и блок ограничения скорости изменения сигнала, выполненный на последовательно соединенных втором резисторе и инвертирующем усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, выход блока ограничения скорости изменения сигнала через резистивную цепь обратном связи соединен с входом входного усилителя, введен блок управляемого ограничения, входы которого подключены к выходам входного усилителя и блока ограничения скорости изменения сигнала соответственно, а выход подключен ко входу инвертирующего усилителя.

3 90777

Кроме того, в него введены ключ, включенный между выходом входного усилителя и входом блока ограничения скорости изменения сигнала, и последовательно соединенные блок определения знака производной входного сигнала и блок сравнения знака, другой вход которого подключен к выходу блока ограничения скорости изменения сигнала, а выход - к управляющему входу ключа, причем вход блока опре1 деления знака производной входного сигнала подключен ко входу устройства.

1$

На чертеже приведена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Нелинейный фильтр содержит первый резистор 1, входной усилитель 2,блок

3 ограничения скорости изменения сигнала, состоящий из второго резистора

4, инвертирующего усилителя 5 и конденсатора 6, цепь 7 обратной связи, блок 8 управляемого ограничения, ключ

9, блок 10 определения знака производной входного сигнала и блок 11 сравнения знака.

Устройство работает следующим образом. зо

Сначала рассмотрим работу устройства, содержащего элементы 1 ... 8.

Темп изменения напряжения на выходе инвертирующего усилителя 5 пропорционален выходному напряжению вход35

° ного усилителя 2 и обратно пропорционален произведению сопротивления резистора 4 на емкость конденсатора

6. Величина выходного напряжения входного усилителя 2 ограничена (естественное ограничение, соответствующее насыщению усилителя). Поэтому ограничен и темп изменения напряжения на выходе инвертирующего усилителя 5. При малых темпах изменения

45 входного сигнала и достаточно большом коэффициенте усиления входного усилителя 2 за счет действия резистивной цепи 7 обратной связи на выходе входного усилителя 2 устанавливается такое напряжение, что выходное напряжение нелинейного фильтра точно повторяет входное по абсолютной величине (предполагается, что сопротивления резисторов 1 и 7 равны) . Сдвиг фазы составляет 180>.

Этот режим соответствует нижним частотам, которые нелинейный фильтр пропускает без ослабления. В этом режи2 ф ме выходное напряжение входного усилителя 2 не попадает в область ограничения.

При больших частотах выходное напряжение входного усилителя 2 достигает ограничения, и напряжение на выходе инвертирующего усилителя 5 изменяется с постоянной скоростью, причем эта скорость не зависит от скорости нарастания входного сигнала. В этом случае, на верхних частотах, амплитуда выходного сигнала меньше, чем амплитуда входного сигнала, а выходной сигнал имеет треугольную форму. Входной сигнал может значительно превышать выходной, причем уменьшение выходного сигнала начнется лишь в тот момент, когда напряжение входного сигнала, убывая, станет по абсолютной величине меньше, чем выходное напряжение инвертирующего усилителя 5. В этот момент напряжение на выходе входного усилителя 2 изменит знак. Одновременно в работу вступает блок 8 управляемого ограничения, который увеличивает максимальный ток разряда конденсатора 6, определяемый до этого момента ограничивающим резистором 4, так как он включается параллельно этому резистору. Благодаря включению блока

8 управляемого ограничения, напряжение на выходе неинвертирующего усилителя g в дальнейшем уменьшается, точно повторяя входное напряжение.

В момент изменения полярности входного напряжения повторяющее его выходное напряжение также изменяет знак, и блок 8 управляемого ограничения выключается из работы. Увеличение темпа спада выходного напряжения, по сравнению с темпом его нарастания, позволяет снизить сдвиг фазы на высоких частотах. В предлагаемом нелинейном фильтре максимальный сдвиг фазы по первой гармонике не превышает 26

С целью увеличения затухания на высоких частотах и дальнейшего уменьшения фазового сдвига, вносимого фильтром на этих частотах, и введены звенья 9, 10 и 11. При их включении устройство работает следующим образом.

При нарастании входного сигнала знак производной входного сигнала совпадает со знаком выходного напря907772 жения, и блок 11 сравнения знака обеспечивает замыкание ключа 9.

Блок 8 управляемого ограничения в работе не участвует, и напряжение на выходе нарастает с темпом, опре- s деляемым напряжением насыщения вход-ного усилителя 2 и величинами резистора 4 и конденсатора 6. В момент изменения знака производной входно го сигнала блок 11 размыкает ключ 9 10 и изменение напряжения на выходе нелинейного фильтра прекращается. Когда входное напряжение снизится до величины, сохраняющейся на выходе, в работу вступает блок 8 управляемого ограничения, и напряжение на выходе нелинейного фильтра убывает, повторяя входное напряжение, независимо от состояния ключа 9.

Введение в схему новых элементов 20 обеспечивает более эффективное подавление высоких частот и дальнейшее уменьшение сдвига фазы на этих частотах. Иаксимальный сдвиг фазы, o вносимый фильтром, не превышает 18

Введение в нелинейный фильтр блока 8 управляемого ограничения позволяет снизить сдвиг фазы на высоких частотах, а введение блока 1О определения знака производной входного З0 сигнала, блока 11 сравнения знаков и ключа 9 обеспечивает более эффективное подавление высоких частот при дальнейшем уменьшении фазового сдвига на этих частотах. 35 уменьшение сдвига на высоких частотах позволяет включать предлагаемый нелинейный фильтр в контуры регулирования для улучшения частотных свойств регуляторов, например, для 40 ослабления резонансных явлений в системах. формула изооретения

1. Нелинейный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные первый резистор, входной усилитель и бло ограничения скорос-. ти изменения сигнала, выполненный на последовательно соединенных втором резисторе и инвертирующем усилителе, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, выход блока ограничения скорости изменения сигнала через реэистивную цепь обратной связи соединен с входом входного усилителя, отличающийся тем, что,. с целью уменьшения фазового сдвига на высоких частотах, в него введен блок управляемого ограничения, входы которого подключены к выходам входного усилителя и блока ограничения скорости изменения сигнала соответственно, а выход подключен ко входу инвертирующего усилителя.

2. фильтр по и. 1, отличаюшийся тем, что, с целью увеличения ослабления на высоких частотах и дополнительного уменьшения фазового сдвига, в него введены ключ, включенный между выходом входного усилителя и входом блока ограничения скорости изменения сигнала, и последовательно соединенные блок определения знака производной входного сигнала и блок сравнения знака, другой вход которого подключен к выходу блока ограничения скорости изменения сигнала, а выход - к управляющему входу ключа, причем вход блока определения знака производной входного сигнала подключен ко входу устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Активные фильтры в микроэлектронном исполнении (обзор). - "Зарубежная радиоэлектроника", l975, h 4.

2. Джильберт В. Нелинейный фильтр нижних частот для подавления импульсных сигналов. - "Электроника", 1976, Н 7, с. 62-64 (прототип).

90777

Составитель А,Меньшикова

Редактор Н.Лазаренко Техред,Л.Бабинец

Корректор М.шароши

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 615l69 Тираж 954

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб,, д. 4/5