Усредняющий фильтр нижних частот Советский патент 1985 года по МПК H03H11/12 

Изобретение относится к радиоте1Г нике и может использоваться, наприме для выделения постоянной составляюще из пульсирующего напряжения на выхо детектора средневыпрямленного значания. Цель изобретения - повышение быст родействия. На чертеже ириведен.а электрическа функциональ;;ая схема предложенного усредняющего фильтра нижних частот. Фильтр содержит входной усилитель выполненный инвертирующим, суммирующ интегратор 2, содержащий усилитель 3 первый, второй, третий и четвертьй резисторы 4-7 и конденсатор 8, пороговый блок 9, конденсатор 10, дифференциатор 11, выполненный на усилителе 12, в цепи обратной связи которого включен резистор 13, и конденса торе 14, ключ 15 и генератор 16 пере менного напряжения. Фильтр работает следующим обарзом Генератор 16 переменного напряжени вырабатывает переменное напряжение, например типа меандр с периодом Т, счастотой на несколько порядков больше минимально возможной частоты переменной составляющей входного напряжения, В течение одного периода этого напряжения ключ 15 замкнут и резистор13 закорочен, в течение второго полуперйода ключ 15 разомкнут. Суммарньй фазовый сдвиг, происходящий по петле: второй вход суммирующего интегратора 2 - выход суммирующего интегратора 2 - вход .дифференциатора 11 - выход дифференциатора 11 - вход порогового блока 9 выход порогового блока 9 - второй вход суммирующего интегратора 2 должен быть равен нулю. Когда на входе усредняющего фильт ра нижних частот пульсирзпощее напря- жение, содержащее постоянную и переменную составляющие, отсутствует, на выходе интегратора 2 и на выходе усредняющего фильтра нижних частот напряжение также равно нулю, при этом ток через конденсатор 14 и резистор 13 не протекает и напряжение на выходе дифференциатора равко нулю и при замкнутом и при разомкнутом ключе 15. Напряжение порога порогового блока 9 линейно зависит от значения напряжения на первом входе порогового блока 9. При нулевом напряжении 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 coct-авляющая сглаживается конденсатором 8. Одновременно входное напряжение подается на входной усилитель 1, с выхода которого переменная составляющая напря.жения 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 мало, то напряжение на выходе дифференциатора 1 превьшает 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. 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 этого напряжение на выходе дифференциатора 11 снова становится близким к нулю, положительна обратная связь через пороговый блок разрьшается и конденсатор 8 снова заряжается только от входа усредняющего фильтра нижних частот, а конденсатор 14 заряжается через замкнутый ключ .15 до напряжения на выходе интегратора 2. При следующем размыкании ключа 15 процесс повторяется. Таким образом, обеопечивается ускоренный заряд конденсатора 8 равными порциями и, соответственно, ускоренное установление напряжения на выход интегратора 2 и на выходе усредняющего фильтра нижних частот. В соответствии с ростом напряжения на выхо интегратора 2 возрастает напряжение порога порогового блока 9. Наконец, конденсатор 8 заряжается до напряжеяия, близкого к установившемуся значе- нню соответствующему значению постоянной составляющей напряжения на входе усредняющего фильтра нижних частот. В этом случае при очередном замыкании ключа 15 положительная обратная связь через пороговый блок 9 разрывается к конденсатор 8 заряжается только от входного напряжения. Так как напряжени на конденсаторе 8 достигло почти уста,новивщегося значения, то скорость вбёрастания напряжения на конденсаторе 8 и, соответственно, на выходе 1 интегратора 2 очень мала, а значит, 14, а мал и ток через конденсатор напряжение порога порогового блока 9 достаточно велико. Поэтому когда ключ 15 снова азмыкается, падение напряжения нарезисторе 13 от тока конденсатора 14 и, соответственно, напряжение на выходе дифференциатора 11 мало, это напряжение не проходит через пороговый блок 9 на вход интегратора 2 и положительная обратная связь разрывается. Начиная с этого момента времени, конденсатор 8 дозаряжается до установившегося значения только от входного напряжения. При выключении входного Напряжения 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 режиме ускоренный заряд или разряд конденсатора 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 связь и обеспечивается устойчивость режимах, близких к установившимся, и в установившихся режимах. Быстродействие предложенного устойства можно повысить на один-два орядка. Для этого необходимо выбрать астоту генератора 16 достаточно больой и выбрать значение порога пороового блока 9 минимально возможным aки, чтобы н установившемся режиме шумы дифференциатора 11 и значение пульа1Щй на еговыходе не вызывали срыва усредняющего фильтра нижних частот на положительную обратную связь через пороговый блок 9.

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