Активный @ -фильтр нижних частот Советский патент 1983 года по МПК H03H11/12 

Изобретение относится к радаиотех нике и может использоваться в следя щих системах для усиления сигналов постоянного тока на фоне низкочасто ных помех в составе устройств прием информации с различных датчиков,например с датчиков положения регулирующих стержней исследовательских критических сборок. Известен активный RC-фильтр, содержащий резистор, один вывод которого соединен с входом фильтра, а другой - с входом усилителя и с одним выводом конденсатора, другой вывод которого соединен с общей шинойи. Для обеспечения малой частоты среза амплитудно-частотной характеристики известного фильтра и защиты от низкочастотных помех необходимо обеспечить большую величину постоян ной времени. входной цепи, где i С - емкость конденсатора, а R-сопро тивление резистора, причем величина R ограничивается допустимой температурной нестабильностью выходного напряжения устройства, возникаквдей вследствие температурного дрейфа разности входных токов усилителя. Вследствие этого приходится использовать конденсаторы большой емкости, токи утечки которых имеют значительную величину и весьма нест бйльны во времени и температуре. Та КИМ образе, возникает большая температурно-временная погрешность передачи постоянного напряжения,что является одним из недостатков известного ЕС-фильтра. .К другим недостаткам известного НС-фильтра относится малая величина подавления сигнала помехи. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является активный RC-фильтр нижних частот, содержащий два резистора, включенных последовательно между входом фильтра 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 величи резисторов и конденсаторов в навеетном устройстве может быть использова усилитель с любым положительным коэф фициентом передачи, в том числе и единичный усилитель. Для обеспечения малой частоты сре за амплитудно-частотной характеристики необходимо обеспечить большие значения величинC | R1C1 иТ,,где R1,R2 - сопротивление первого и втор го резисторов; С1,С2 - емкость первого и второго конденсаторов, причем суммарная величина резисторов Rl-fR2, ограничивается допустимой температурной нестабильностью выходного напряжения устройства, возникающей вследствие температурного дрейфа разности входных токов усилителя. Кроме обеспечения требуемых величин R1C1 и R2C2 для достижения необходимого 3атухания ff амплитудно-частотной характеристики требуется соблюдение соотношения между емкостями конденсаторов порядка 2-10, что вынуждает использовать конденсаторы большой емкости, токи утечки которых имеют большую величину и весьма нестабильные во времени и по температуре. Таким образом, также возникает большая температурно-временная погрешность передачи постоянного напряжения, что и является недостатком известного .ройства. Цель изобретения - уменьшение вли яния изменений параметров элементов схемы на точность фильтрации. Для достижения поставленной цели в активный КС-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 неинвертирукиаему входу усилителя, введешь последовательно соединенные компаратор, реверсивный счетчик и цифро-аналоговый преобразователь, а также последовательно соединенные генератор и . ключ, выход которого подключен к синхровходам реверсивного счетчика, причал первый вход компаратора под- : ключен к выходу усилителя, а второй вход компаратора соединен с другим выводом второго конденсатора и выхо--, дом цифро-аналогового преобразователя. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого активного. RC-фильтpa на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу. Активный RC-фильтр содержит усили- тель 1, котррый может иметь единианое усиление, два резистора 2 и 3,. первый и второй конденсаторы 4 и 5, компаратор б, реверсивнЕлй счетчик 7, Ш1фро-аналоговый преобразователь 8, генератор 9 и ключ 10. Активный RC-фШIьтp работает следующим образом. Допустим, что в некоторый мсмёнт ремени входное напряжение авно ну- ю (фиг. 2а), на входе управления клюа 10 (фиг. 26) установлен логичес- . ий 0, гакрывающий его, а в реерсивном счетчике 7 установлено чисо ноль, згщающее tia выходе цифроаналогового преобразователя 8

(фиг.2в) нулевой уровень выходного напряжения.

При этом напряжение между обкладк ши 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, присутствуюший на входе фильтра (фиг. 2а), подавляется элементами 1 5, и помеха на выходе фильтра (фиг. 2а) отсутству ет. . .

При нарастании постоянного напряже ния на выходе ,фильтра (фиг.2а) напряжение между обкладками конденсатора 5 (фиг. 2д) и напряжение между обкладками конденсатора 4 (фиг. 2г) начинает увеличиваться. Напряжение на выходе фильтра (фиг. 2е) также ув-еличиваётся, 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 внеатяЛ сигнал,отк{%гваю11Шй , 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 6 (фиг.2и} поступает сигнал знака разности, -напряжений между выходом цифро-аналогового преобразователя 8 и выходом единичного усилителя 1. Напряжение на циф1х -аналогового преобразоватепябХФиг. 2в) изменяется таким об;раз 1, что напряжение между обклад;ками конденсатора 4 (фиг. 2г} и. напряжение между обкладками конденсате ра 5 (фиг.2д) начинает уменьшаться,а напряжение на выходе усилителя 1 . (фиг. 2еЛ вследствие уменьшения токов :утечки конденсаторов 4 и 5 приближается к величине входного напряжения .(фиг. 2а) и по истечении некотсфого времени система из компаратора 6, :реверсивнргб счетчика 7, цифро- аналогового преобразователя 8, единичного усилителя 1 и конденсаторов

4 и 5 входит в режим автоколебаний вокруг состояния равновесия, соответствующего нулевому значению напряжения между обкладками конденсаторов 4 (фиг. 2г) и 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. 26), логического О завесхлает процесс коррекции, в результате которого токи утечки конденсаторов 4 и 5 исчезают, а напряжение на выходе фильра (фиг. 2еУ становится равным входНСЯ4У напряжению (фиг. 2а) и не зависит от нестабильности диэлектрических параметров конденсаторов 4 и 5..- Сигнал помехи,. поступающий на вх 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 сигналом, поступающим на вход управления, закрывают ключ 10 только на время регистрации внешним устройстве входного напряжения фильтра, удерживая его в открытом состоянии все остальное время i 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 использу шх конденсаторов и дополнительно повышает точность передачи входного сигнала. .

Предлагаемый фильтр по сравнению с прототипом,позволяет существенно повысить точность передачи постоянного, напряжения.

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.