Нелинейный фильтр нижних частот — SU 907772 (original) (raw)
(72) Автор иэобрет аучно-исследовательскии институт тяаелого.ашиностроения и Верх-Исетский металлургйчвсзавод аявятели 54) НЕЛИНЕЙНЫЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТО 2 к радиоте я в ирова Изобретение относитс нике и может испольэова мах автоматического рег Известны фильтры нижних частот для подавления высокочастотных составляющих сигнала и помех в системах автоматического регулирования, содержащие активные элементы и инерционные звенья 1,1 1.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нелинейный Фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные первый резистор, входной усилитель и блок ограничения скорости измерения сигнала, выполненный на последовательно соединенных втором резисторе и инвертирующем усилителе, вцепи 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 нижнихчастот имеют значительный фазовыйсдвиг 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 иблок ограничения скорости изменениясигнала, выполненный на последовательно соединенных втором резистореи инвертирующем усилителе, в цепиобратной связи которого включен конденсатор, выход блока ограничения3скорости изменения сигнала через резистивную цепь обратном связи соеди"нен с входом входного усилителя, введен блок управляемого ограничения,30входы которого подключены к выходамвходного усилителя и блока ограничения скорости изменения сигнала соответственно, а выход подключен ко входу инвертирующего усилителя.3 90777Кроме того, в него введены клюц, включенный междувыходом 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 устройст. ва.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема предложенного устройства.Нелинейный фильтр содержит первыйрезистор 1, входной усилитель 2,блок3 ограничения скорости изменения сигнала, состоящий из второго резистораинвертирующего усилителя 5 и конденсатора 6, цепь 7 обратной связи, блок 8 управляемого ограничения, ключ 9, блок 10 определения знака производной входного сигнала и блок 11сравнения знака.Устройство работает следующимобразом.зоСначала рассмотрим работу устройства, содержащего элементы 18.Темп изменения напряжения на выходеинвертирующего усилителя 5 пропорционален выходному напряжению вход 3ного усилителя 2 и обратно пропор"ционален произведению сопротивлениярезистора 4 на емкость конденсатора6. Величина выходного напряжениявходного усилителя 2 ограничена (естественное ограничение, соответствующее насыщению усилителя). Поэтомуограничен и темп изменения напряжения на выходе инвертирующего усилителя 5. При малых темпах изменения45входного сигнала и достаточно большом коэффициенте усиления входногоусилителя 2 за счет действия резистивной цепи 7 обратной связи на выходе входного усилителя 2 устанавливается такое напряжение, что выходное напряжение нелинейного фильтраточно повторяет входное по абсолютной величине (предполагается, чтосопротивления резисторов 1 и 7 равны) . Сдвиг Фазы составляет 180 в.Этот режим соответствует нижним частотам, которые нелинейный Фильтр пропускает беэ ослабления. В этом режи 2 4ме 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, цем 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 б, 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 5 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 26С 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 сигналазнак производной входного сигналасовпадает со знаком выходного напря.;жения, и блок 11 сравнения знакаобеспечивает замыкание ключа 9.Блок 8 управляемого ограниченияв работе не участвует, и напряжениена выходе нарастает с темпом, определяемым напряжением насыщения входного усилителя 2 и величинами резистора 4 и конденсатора 6, В моментизменения знака производной входного сигнала блок 11 размыкает ключ 9 1 Ои изменение напряжения на выходе нелинейного фильтра прекращается. Когда входное напряжение снизится до величины, сохраняющейся на выходе, вработу вступает блок 8 управляемогоограничения, и напряжение на выходенелинейного фильтра убывает, повторяя входное напряжение, независимоот состояния ключа 9,Введение в схему новых элементов 20обеспечивает более эффективное подавление высоких частот и дальнейшее уменьшение сдвига фазы на этихчастотах. Иаксимальный сдвиг фазы,ф овносимый фильтром, не превышает 18Введение в нелинейный фильтр блока 8 управляемого ограничения позволяет снизить сдвиг фазы на высокихчастотах, а введение блока 1 О определения знака производной входного ЗОсигнала, блока 11 сравнения знакови ключа 9 обеспечивает более эффективное подавление высоких частот придальнейшем уменьшении фазового сдвига на этих частотах. 35уменьшение сдвига на высоких частотах позволяет включать предлагаемый нелинейный фильтр в контуры регулирования для улучшения частотныхсвойств регуляторов, например, для 40ослабления резонансных явлений в системах. формула изооретения1. Нелинейный фильтр нижних частот, содержащий последовательно соединенные первый резистор, входнойусилитель и бло ограничения скорости изменения сигнала, выполненный напоследовательно соединенных второмрезисторе и инвертирующем усилителе,в цепи обратной связи которого включен конденсатор, выход блока ограничения скорости изменения сигнала через реэистивную цепь обратной связисоединен с входом входного усилителя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтос целью уменьшения фазового сдвигана высоких частотах, в него введенблок управляемого ограничения, входыкоторого подключены к выходам входного усилителя и блока ограниченияскорости изменения сигнала соответственно а выход подключен ко входуинвертирующего усилителя,2. Фильтр по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения ослабления на высоких частотахи дополнительного уменьшения фазового сдвига, в него введены ключ, включенный между выходом входного усилителя и входом блока ограничения скорости изменения сигнала, и последовательно соединенные блок определениязнака производной входного сигналаи блок сравнения знака, другой входкоторого подключен к выходу блока ограничения скорости изменения сигнала,а выход - к управляющему входу ключа,причем вход блока определения знакапроизводной входного сигнала подключен ко входу устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Активные фильтры в микроэлектронном исполнении (обзор), - "Зарубежная радиоэлектроника", 1975 Р 4.2. Джильберт В. Нелинейный фильтрнижних частот для подавления импульсных сигналов. - "Электроника", 1976,11 7, с. 62-64 (прототип).Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 615/69 Тираж 954 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Я"35, Раушская наб д. 4/5