Усредняющий фильтр нижних частот

 

УСРЕДНЯЮНЩЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ, содержащий входной усилитель, выход которого через конденсатор подключен к первому.вxoдv суммирующего 51нтегратора, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия , в него введены дифференциатор , выполненный наусилителе, в цепи обратной связи которого включен резистор, пороговый блок, генератор переменного напряжения и ключ, включенный параллельно резистору дифференциатора , управляющий вход ключа подключен к выходу генератора переменного напряжения, выход с -ммирующего интегратора подключен к входу дифференциатора и первому входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход с вторым входом суммирующего интегратора , третий вход которого подключен (Л к входу входного усилителя. со QD

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (}9) () 1) 1 19 (5))4 Н 03 Н 11 12

Г(}СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0ТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3689114/24-09 (22) 05.01,84 (46) 07.08.85. Бюл. №- 29 (72) М.Д.Кротов (53) 621.372(088,8) (56) Гутников В.С.Интегральная элект роника в измерительных устройствах.

Л.:Энергия, 1980, с. 132, рис, 6-4.

Патент ClllA ¹ 3555432, кл. Н 03 К 5/00, 1969. (54)(57) УСРЕДНЯЮЩИЙ ФИЛЬТР НИЖНИХ

ЧАСТОТ, содержащий входной усилитель, выход которого через конденсатор подключен к первому входч суммирующего интегратора, отличающийся тем, что, с целью повьппения быстродействия, в него введены дифференци атор, выполненный на усилителе, в цепи обратной связи которого включен резистор, пороговый блок, генератор переменного напряжения и ключ, включенный параллельно резистору дифференциатора, управляющий вход ключа подключен к выходу генератора переменного напряжения, выход суммирующего интегратора подключен к входу дифференциатора и первому входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход— с вторым входом суммирующего интегра- Я тора, третий вход которого подключен к входу входного усилителя.

1 1i 719

Изобретение относится к радиотеХ= нике и может использоваться, например, для выделения постоянной составляющей из пульсирующего напряжения на выходе детектора средневыпрямленного значения.

Пель изобретения — повышение быс тродействия.

На чертеже приведена электрическая функциональ: ая схема предложенного . 10 усредняющего фильтра нижних частот.

Фильтр содержит входной усилитель 1, выполненный инвертирующим, суммирующий интегратор 2, содержащий усилитель 3, 15 первый, второй, третий и четвертый резисторы 4-7 и конденсатор 8, пороговый блок 9, конценсатор 10, дифференциатор 11, выполненный на усилителе 12 в цепи обратной связи котоУ

20 рого включен резистор 13, и конденсаторе 14, ключ 15 и генератор 16 переменного напряжения.

Фильтр работает следующим обарзом.

Генератор !6 переменного напряжения вырабатывает переменное напряжение, например типа "меандр" с периодом Т, с частотой на несколько порядков больше минимально возможной частоты переменной составляющей входного З напряжения. В течение одного периода этого напряжения ключ 15 замкнут и резистор 13 закорочен, в течение второго полупериоца ключ 15 разомкнут. Суммарный фазовый сдвиг, происходящий по петле: второй вход 35 суммирующего интегратора 2 — выход суммирующего интегратора 2 — вход .дифференциатора 11 — выход дифференциатора 11 — вход порогового блока 9выход порогового блока 9 — второй 40 вход суммирующего интегратора 2 должен быть равен нулю. Когда на входе усредняющего фильтра нижних частот пульсирующее напря- 45 жение, содержащее постоянную и переменную составляющие, отсутствует, на выходе интегратора 2 и на выходе усредняющего фильтра нижних частот напряжение также равно нулю, при 50 этом ток через конденсатор 14 и резистор 13 не протекает и напряжение на выходе дифференциатора равно нулю и при замкнутом и при разомкнутом ключе 15. Напряжение порога порога- 55 ваго блока 9 линейно зависит от значения напряжения на первом входе порогового блока 9. При нулевом напря91 2 жении на выходе интегратора 2 напряжение порога близко нулю.

Если на входе усредняющего фильтра низких частот появилось пульсирующее напряжение, содержащее постоянную и переменную составляющие, и в этот момент ключ 15 замкнут, то конденсатор 8 интегратора 2 начинает заряжаться по экспоненте через резистор 4 от постоянной составляющей входного напряжения, а переменная сос1 авляющая сглаживается конденсатором 8. Одновременно входное напряжение подается на входной усилитель 1, с выхода которого переменная составляющая напряжения через конденсатор 10 подается на первый вход суммирующего интегратора 2. Постоянная составляющая цепи, образованной конденсатором 10 и резистором 6, выбирается достаточно малой, чтобы не замедлять процесса установки постоянного напряжения на выходе интегратора 2 и в то же время скомпенсировать переменную составляющую напряжения на входе усилителя 3.

Так как напряжение на выходе интегратора 2 в переходном процессе возрастает, то через конденсатор 14 дифференциатора 11 начинает протекать ток, но так как ключ 15 замкунт, на выходе дифференциатора 11 напряжение остается близким к нулю и не проходит через пороговый блок 9.

Когда ключ 15 размыкается, на резисторе 13 и, соответственно, на выходе дифференциатора 11 появляется напряжение, возникающее в результате падения напряжения на резисторе 13, от тока заряда конденсатора 14. Так как напряжение на выходе интегратора 2 и на первом входе порогового блока 9 еще мала, то напряжение на .выходе дифференциатора 1 превышает напряжение порога порогового блока 9 и разность этих напряжений поступает на второй вход интегратора 2, вызывая ускоренный заряд конденсатора 8. При этом скорость возрастания напряжения на выходе интегратора 2 увеличивается, увеличивается зарядный ток конденсатора 14 и, соответственно, увеличивается напряжение на выходе дифференциатора 11. Возникает лавинообраз-1 ный процесс, который заканчивается тем, что напряжение на выходе дифференциатора 11 достигает уровня ограничения порогового блока 9.

Составитель А, Меньшикова

РедактоР О, ЮРковецкаЯ ТехРед A.Вабинец Корректор A. Обручар

Заказ 4916/51 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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

3 1171 .Начиная с этого момента времени, конденсатор 8 подзаряжается через резистор 5 по второму входу интегратора 2 от напряжения, равного разности между напряжением ограничения дифференциатора 11 и порогом порогового блока 9. Этот процесс протекает до тех пор, пока ключ 15 снова не замкнется. После эгого напряжение на выходе дифференциатора 11 снова ста- 10 новится близким к нулю, положительная обратная связь через пороговый блок 9 разрывается и конденсатор 8 снова заряжается только от входа усредняющего фильтра нижних частот, а конденсатор 1> заряжается через замкнутый ключ 15 до напряжения на выходе интегратора 2. При следующем размыкании ключа 15 процесс повторяется.

Таким образом, обеспечивается ускоренный заряд конденсатора 8 равными порциями и, соответственно, ускоренное установление напряжения на выходе интегратора 2 и на выходе усредняющего фильтра нижних частот. В сост- д ветствии с ростом напряжения на выходе интегратора 2 возрастает напряжение порога порогового блока 9. Наконец, конденсатор 8 заряжается до напряже- . ь ния, близкого к установившемуся значе - gp нию, соответствующему значению постоянной составляющей напряжения на входе усредняющего фильтра нижних частот. В

1 этом случае при очередном замыкании клю а 15 положительная обратная связь через пороговый блок 9 разрывается и конденсатор 8 заряжается только от входного напряжения. Так как напряжение на конденсаторе 8 достигло почти уста,новившегося значения, то скорость 40 возрастания напряжения на конденса; торе 8 и, соответственно, на выходе интегратора 2 очень мала, а зн,:чит, мал и ток через конденсатор 14, а апряжение порога порогового блока 9

М:

991 Д достаточно велико. Поэтому когда ключ 15 снова размыкается, падение напряжения на резисторе 13 от тока конденсатора 14 и, соответственно, напряжение на выходе дифференциатсра мало, это напряжение не проходит через пороговый блок 9 на вход интегратора 2 и положительная обратная связь разрывается. Начиная с это о момента времени, конденсатор

8 дозаряжается до установившегося значения только от входного напряжения.

При выключении входного йапряжения процессы в усредняющем фильтре нижних частот аналогичны, только ток через конденсатор 14 и напряжение на выходе дифференциатора 11 меняют полярность и конденсатор 8 ускоренно разряжается.

Таким образом, дифференциатор 11 обеспечивает в переходном реявшие ускоренный заряд или разряд конден-. сатора 8 равными порциями. С помощью ключа 15 и генератора 16 производится периодическая проверка того, как близко напряжение на выходе интегратора 2 подошло к установившемуся значению, а с помощью порогового блока 9 разрывается положительная обратная вязь и обеспечивается устойчивость в режимах, близких к установившимся, и в установившихся режимах.

Быстродействие предложенного устройства можно повысить на один-два порядка. Для этого необходимо выбратьчастоту генератора 16 достаточно большой и выбрать значение порога порогового блока 9 минимально возможным . таким, чтобы в установившемся режиме шумы дифференциатора 11 и значение пульсаций на еговыходе не вызывали срыва усредняющего фильтра нижних частот н положительную обратную связь через пороговый блок 9.