Активный @ -фильтр нижних частот
АКТИВНШ НС-«ИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий усилитель, неинвертирующий вход.которого через два Последовательно соединенных резистора подключен к входу фильтра, причем выход, усилителя через первый конденсатор подключен к точке соединения резисторов, и второй конденсатор, :подключенный, к неинвертирующему входу усилителя, отличающийся .тем, что, с целью уменьшения влияния изменения параметров элементов схемы на точность фильтрации, в него введены посл ад6вательно соединенные ком:паратор , реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь,а также последовательно,соединенные генератор и ключ, выход которого подключен к синхровходам реверсивного счетчика, причем первый вход компа -. ратора подключен к выходу усилителя, § а второй вход кс 1паратора соединен ,с другим юлводсм второго конденса (П тора и выходом цифро-аналогового преобразователя.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ СО,ИЦЗ
РЕСПУБЛИК,5В Н 03 H 11/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3408396/18-09
- (22) 18.03.82 (4 6) 07 ° 06. 83.- Вюл .. 9 21 (72) В.Н. Судариков (53) 621. 372. 54 (088. ° 8) (56) 1. Ионкин П.A. Миронов В.Г.
Синтез RC-carne с активньваи независимыми элементами (Вопросы реализации).. М., Энергия, 1976, с. 194, рис. 7-7б.
2. Активные RC-фильтры íà операционных усилителях . Под. ред.
Г.Н,Александрова. Библиотека по автоматике. Вып. 531. М., Энергия 1974, с.23, рис.24. .(54)(57) AKTHBHHA RC-9HJfbTP
ЧАСТОТ, содерйащий усилитель, неинвертирующий вход. которого через два последовательно соединенных резистора подключен к входу фильтра, при-.,SU.„1022296 А чем выход. усилителя через первый конденсатор подключен к точке соединения резисторов, и второй конденсатор, подключенный. к неинвертирующему входу усилителя, отличающийся .тем, что, с целью уменьшения влияния изменения параметров.элементов схемй на точность фильтрации, в него введены последовательно соединенные ком паратор, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь,а такие последовательно соединенйые генератор и. ключ, выход которого подключен к. синхровходам реверсивного счетчика, причем первый вход компа>. ратора подключен к выходу усилителя, .а второй вход компаратора соединен Q ,с другим выводом второго конденсатора и выходом цифро-аналогового преобразователя.
1022296
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в следя-. щих системах для усиления сигналов постоянного тока на фоне низкочастот. ных помех в составе устройств приема информации с различных датчиков,например с датчиков положения регулирующих стержней исследовательских критических сборок.
Известен активный RC-фильтр, содержащий резистор, один вывод кото- 10 рого соединен с входом .фильтра, а другой — с входом усилителя и с одним выводом конденсатора, другой вывод которого соединен с общей шиной 1). 15
Для обеспечения малой частоты среза амплитудно-частотной характеристики известного фильтра и зашиты от низкочастотных помех необходимо обеспечить большую величину постоянной времени..V--RC входной цепи, где
С вЂ” емкость конденсатора, а R-сопротивление резистора, причем величина
R ограничивается допустимой температурной нестабильностью выходного напряжения устройства, возникающей вследствие температурного дре9фа разности входных токов усилителя.
Вследствие этого приходится исполь- . зовать конденсаторы большой емкости, токи утечки которых имеют значительную величину и весьма неста бильны во времени и температуре. Та-. ким образом, возникает большая тем- пературно-временная погрешность передачи постоянного напряжения,что является одним из недостатков известного RC-фильтра.
К другим недостаткам известного
RC-фильтра относится малая величина подавления сигнала помехи. 40
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является активный RC-фильтр нижних частот, содержащий два резистора, включенных последовательно между. входом фильт- 45 ра и входом усилителя, точка соединения резистора через первый конденсатор соединена с выходоМ усилителя, вход усилителя через второй конденсатор соединен с общей шиной $2) .
При соответствующем выборе величин, резисторов и конденсаторов в известном устройстве может быть использован усилитель о любым положительным коэф-55 фкциентом передачи, в том числе и единичный усилитель.
Для обеспечения малой частоты среза амплитудно-частотной характеристики необходимо обеспечить большие 6{} значения величин C<=R1Cl и Гд=В2С2,где
R1,R2 — сопротивление первого к второго резисторов; Cl,C2 — емкость первого и второго конденсаторов, причем суммарная величина резисторов Rl+R2,65 ограничивается допустимой температурной нестабильностью выходного напряжения устройства, возникающей вследствие температурного дрейфа разности входных токов усилителя.
Кроме обеспечения требуемых величин RlCl и R2C2 для достижения необходимого затухания д амплитудно-частотной характеристики требуется соблюдение соотношения между емкостями конденсаторов порядка 2-10, что вынуждает испольэовать конденсаторы большой емкости, токи утечки которых имеют большую величину и весьма нестабильные во времени к по температуре. Таким образом, также возникает большая температурно-временная погрешность передачи постоянного напряжения, что и является недостатком известного уст.ройства.
Цель изобретения — уменьшение влияния изменений параметров элементов схемы на точность фильтрации.
Для достижения поставленной цели в активный RC-фильтр нижних частот, содержаший усилитель, неинвертирующий вход которого через два последовательно соединенных резистора подключен к входу фильтра, причем выход усилителя через первый конденсатор подключен . к точке соединения резисторов, и второй конденсатор, подключенный к неин- . вертирующему входу усилителя, введены последовательно соединенные компаратор, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь, а также последовательно соединенные генератор и . ключ, выход которого подключен к синхровходам реверсивного счетчика, причем первый вход компаратора подключен к выходу усилителя, а второй вход компаратора соединен с другим выводом второго конденсатора и выходом цифро-аналогового преобразователя.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого активного. RC-фильтра на фиг. 2 — . диаграммы, поясняющие его работу, Активный RC-фильтр содержит усклк тель l котррый может иметь едииикное усиление, два резистора 2 к 3,. первый ь второй конденсаторы 4 и 5,. компаратор б, реверсивный счетчик 7, цифро-аналоговый преобразователь 8, генератор 9 и ключ 10.
Активный RC-фильтр работает следующим образом.
Допустим, что в некоторый момент времени входное напряжение равно нулю (фкг. 2а), на входе управления ключа 10 (фиг. 2б) установлен логический О, закрывающий его, а в реверсивном счетчике 7 установлено число ноль, задающее на выходе цифроаналогового преобразователя 8. 102229á (Фиг.2в) нулевой уровень выходного напряжения.
При. этоМ напряжение между обклад- . ками конденсатора 4(фиг.2г) и напряжение между обкладками. конденсатора . 5 (фиг. 2д) равны нулю, а токи утечки конденсатора 4 и 5 практически отсутствуют. Сигнал помехи, присутствующий на входе фильтра (фиг. 2а),подавляется элементами 1 †. 5, н помеха на выходе фильтра (Фиг. 2а) отсутству 10 ет.
При нарастании постоянного напряжения на выходе фильтра (фиг.2а) напря.жение между обкладками конденсатора
5 (Фиг. 2д)и напряжение между обклад- )5 ками конденсатора 4 (фиг. 2г) начина-. ет увеличиваться. Напряжение на выхо-, де фильтра (фиг. 2е) также увеличивается, однако вследствие падения напряжения на резисторах 2 и 3, вызванного токами утечки конденсатора
4 и 5,.не достигает величины входного напряжения.
В некоторый момент времени на вход управления ключа 10 (фиг.26) подается внешний сигйал,открывающий . его. Импульсы с выхода генератора, 9 .(Фиг.2ж) через ключ 10 поступают на синхровходы (фиг. 2з) реверсивного счетчика 7, на вход знака которого с выхода компаратора б (Фиг.2и) поступает сигнал знака разности. на..пряжений между выходом цифро-аналогового преобразователя 8 и выходом единичного усилителя l. Напряжение на
;выходе цифро-аналогового преобразова-З5 теля8(фиг. 2в» изменяется таким об,разом, что напряжение между обклад,:ками конденсатора 4 (фиг. 2г) и на пряжение между обкладками конденсато-, ра 5 (фиг.2д) начинает уменьшаться,а 4{) напряжение на выходе усилителя 1.
:(фиг. 2е) вследствие уменьшения токов
:утечки конденсаторов 4 и 5 приближается к величине входного напряжения
;(фиг. 2а) и по истечении некоторого времени система из компаратора б, реверсивног4 счетчика 2 цифроаналогового преобразователя 8, единичного усилителя 1 и конденсатаров
4 и 5 входит в режим автоколебаний вокруг состояния равновесия, соответствующего нулевому значению напряжения между обкладками конденсаторов 4 (фнг. 2г) н 5 (фиг.2д) с амплитудой в один квант изменения выходного напряжения цифро-аналогового преобразователя 8 (Фиг. 2в).
Установление внешним управляющим сигналом, поступающим на вход управления ключа 10 (фиг. 2б), логического 0 завершает процесс коррекции, в результате которого токи утечки конденсаторов 4 и 5 исчезают, а напряжение на выходе фильтра (Фиг. 2e) становится равным входному напряжению (фиг. 2а) и не зависит от нестабильности диэлектрических параметров конденсаторов 4 и
5 °
Сигнал помехи,.поступающий на вход фильтра (фиг. 2а), подавляется элементами 1 — 5 и на выходе фильтра (фиг. 2е) отсутствует.
Приведенный алгоритм использования предлагаемого фильтра служит в основном для иллюстрации его работы, При его практическим использовании внешним сигналом, поступающим на вход управления, закрывают ключ 10 только на время регистрации внешним устройством входного напряжения
Фильтра, удерживая его в открытом состоянии все остальное время. При этом фильтр в целом находится в следящем режиме, при котором напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 8 постоянно компенсирует изменение напряжения на входе
Фильтра, вследствие чего напряжение между обкладками конденсаторов
4 и 5 поддерживается в окрестностях нулевого . уровня, что снижает влияние адсорбционных свойств используеМых конденсаторов и дополнительно повышает точность передачи входного сигнала.
Предлагаемый фильтр по сравнению с прототипом, позволяет существенно повысить точность передачи постоянного напряжения.
1022296
Составитель А.Иеньшикова
Редактор A.Ëåæíèíà, ТехредМ Tenep !
Корректор Г,Решетник
Закаэ 4063/48,Тираж 936
BHHHGM Государственного комитета СССР по делам иэобретеиий и открытий .
113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
