Активный нелинейный фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H11/00 

3//г i/J

/«

J5

Изобретение относится к радиотехнике и дредназначено для использования в приемоиндикаторах импульсно- фазовых систем (ИФРНС) типа Лоран-С в качестве фильтра поиска.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона.

На чертеже приведена принципиальная схема активного нелинейного фильтра.

Активный нелинейньй фильтр содержит операционный усилитель (ОУ) 1, первьй конденсатор 2, первьй резистор 3, второй конденсатор 4, второй ре- зистор 5, третий, четвертый и пятый резисторы 6,7 и 8, третий конденсатор 9, первьй, второй, третий и четвертый диоды 10-13, первьш и второй источники 14 и 15 опорного напряжения.

Активньй нелинейньй фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал активного нелинейного фильтра, пред ста впякнций собой радиоимпульсы ИФРНС с несущей часто- той кГц и помехи, поступает через последовательно включенные резистор 3 и конденсатор 2 на инвертирующий вход ОУ 1.

Сигнал отрицательной обратной свя- зи поступает с выхода ОУ 1 через резистор 5 на инвертирующий вход ОУ 1 и через конденсатор 4 и конденсатор 2 - на инвертирующий вход ОУ 1. Сиг- нал нелинейной отрицательной обратной связи поступает с выхода ОУ 1 через конденсатор 9 и диоды 10 и 11 на его инвертирующий вход. Сигнал положительной обратной связи поступает с выхода ОУ 1 на его неинвертирующий вход через резисторы 8 и 7.

С выхода ОУ 1 снимается выходной сигнал - отфильтрованные от помех и усиленные в К раз радиоимпульсы ИФРНС, где V. - резонансньш коэффици- ент передачи. Коэффициент передачи активного нелинейного фильтра К, т.е. коэффициент передачи активного нелинейного фильтра на резонансной частоте f определяется его добротно- стью Q. При увеличении добротности Q резонансный коэффициент передачи К увеличивается, при уменьшении добротности Q резонансньй коэффициент передачи Кд уменьшается.

Наличие цепи положительной обратной связи и нелинейной отрицательной обратной связи позволяют изменять добротность активного нелинейного

5

о Q

g ..

5

фильтра Q без изменения резонансной частоты (частота настройки) фильтра кГц за счет изменения глубины обратных связей в зависимости от амплитуды сигнала.

Глубина положительной обратной связи определяется коэффициентами передач резистивного делителя напряжения, вьшолненного на резисторах 6 и 7 и делителя на резисторе 8 и диодах 12 и 13. Коэффициент передачи резистивного делителя напряжения постоянен. Коэффициент передачи делителя напряжения на резисторе 8 и диодах 12 и 13 постоянен в случае, если уровень входного напряжения превышает нижний уровень динамического диапазона входных сигналов (и.,„ ,,,,) не более

DX. MV Н

чем на 70 дБ (Ujy у,, - минимальная величина входного сигнала, при котором уровень выходного сигнала превышает уровень собственного шума на 6 дБ). В этом случае выходной сигнал фильтра и j,y J определяемьй входным сигналом фильтра U в и резонансным коэффициентом передачи К (и(,ц xUg), остается линейным. Катоды и аноды диодов 12 и 13 подключены к источникам 14 и 15.опорного напряжения, формирующим соответственно опорные напряжения минус.и и плюс Ug,,. В рассматриваемом случае, когда уровень входного напряжения не превьшзает нижнего уровня динамического диапазона входных сигналов (и„ „,..,) более чем

DA ,М И

на 70 дБ, уровень выходного напряжения и j не превышает и . Поскольку уровень выходного напряжения активного фильтра не превышает Uon , то диоды остаются запертыми .и не влияют на коэффициент передачи цепи положительной обратной связи. Следовательно, остается постоянной и глубина положительной обратной связи, определяемая соотношением резисторов 6, 7 и 8. Соотношение резисторов 6, 7 и 8 выбрано таким образом, что добротность активного нелинейного фильтра равна . При этом полоса пропускания активного фильтра по уровню 3 дБ равна 5 кГц. Когда входной сигнал активного нелинейного фильтра изменяется в диапазоне 70-100 дБ, тогда при превьшении уровня входного сигнала над нижним уровнем динамического диапазона (Unv ., и) более чем на 70 дБ уровень

Рд. пЛИ п

выходного напряжения фильтра Un,, наО

чинает превышать уровень опорного

напряжения U . Поскольку уровень выходного напряжения активного нелинейного фильтра начинает превышать Uj , то диоды 12 и 13 начинают открываться, уме ньшая коэффициент передачи цепи положительной обратной связи, при этом уменьшается резонансный коэффициент передачи активного нелинейного фильтра и, следовательно, уровень Q выходного сигнала операционного уси-. лителя 1, и чем выше уровень входного сигнала, тем более уменьшается глубина положительной обратной связи и тем меньше становится резонансный коэффи- 15 жащий операционньй усилитель, после100 дБ полоса пропускания фильтра расширяется с 5 до 50 кГц. Такое расширение полосы пропускания, происходящее при работе на максимальных уровнях входного сигнала, превьш1ающих уровень помех, вполне допустимо для фильтра поиска. При поиске сигналов, уровень которьк соизмерим с уровнем помех, полоса пропускания фильтра равна 5 кГц. Формула изобретения

Активньм нелинейный фильтр, содерциент передачи К. В результате увеличение выходного сигнала ОУ 1 происходит незначительно и не выходит за пределы его линейности при изменении входного сигнала, в диапазоне 70 - 90 дБ, При изменении входного сигнала в диапазоне 90 - 100 дБ влияние положительной обратной связи уже не сказьтается, так как диоды 12 и 13 полностью открыты. Дальйейшее увеличение динамического диапазона обеспечивается теперь только за счет введения дополнительной отрицательной обратной связи через диоды 10 и 11.

Такая последовательность взаимодействия обратных связей обеспечивается соответствующим выбором значений опорных напряжений источников 14, 15 и типов диодов 10 - 13 (т.е. их порогов открывания).

С выхода ОУ 1 сигнал ИФРНС с неискаженной фазовой структурой поступает на выход активного нелинейного фильтра.

Следует отметить, что поскольку расширение динамического диапазона в предлагаемом фильтре свьше 70 дБ обеспечивается за счет уменьшения добротности фильтра, то при этом происходит расширение полосы пропускания фильтра. Так, при превьш1ении уровня входного сигнала над Uj, на 70 20

25

30

35

40

45

довательно соединенные первьй резистор и первьй конденсатор, точка соединения которых через второй конденсатор, соединена с выходом операционного усилителя, второй вьшод первого конденсатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и через второй резистор - с его. выходом, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с третьим и четвертым резисторами, причем второй вьшод третьего резистора соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения динами- ческого диапазона, в него введены последовательно включенные между ин- вертирукщим входом и выходом операционного усилителя третий конденсатор и включенные встречно-параллельно первьй и второй диоды, а между выходом операционного усилители и другим вьшодом четвертого резистора включен пятьй резистор, а также третий и чет- вертьй диоды и первьй и второй источники опорного напряжения, причем анод третьего и катод четвертого диодов подключены к точке соединения четвертого с пятым резисторов, а катод третьего и анод четвертого диодов подключены соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения.

Редактор И.Рыбченко

Составитель Ю.Чернышов Техред А. Кравчук

Заказ 5811/54Тираж 900

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

жащий операционньй усилитель, после100 дБ полоса пропускания фильтра расширяется с 5 до 50 кГц. Такое расширение полосы пропускания, происходящее при работе на максимальных уровнях входного сигнала, превьш1ающих уровень помех, вполне допустимо для фильтра поиска. При поиске сигналов, уровень которьк соизмерим с уровнем помех, полоса пропускания фильтра равна 5 кГц. Формула изобретения

Активньм нелинейный фильтр, содер0

5

0

5

0

5

довательно соединенные первьй резистор и первьй конденсатор, точка соединения которых через второй конденсатор, соединена с выходом операционного усилителя, второй вьшод первого конденсатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и через второй резистор - с его. выходом, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с третьим и четвертым резисторами, причем второй вьшод третьего резистора соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения динами- ческого диапазона, в него введены последовательно включенные между ин- вертирукщим входом и выходом операционного усилителя третий конденсатор и включенные встречно-параллельно первьй и второй диоды, а между выходом операционного усилители и другим вьшодом четвертого резистора включен пятьй резистор, а также третий и чет- вертьй диоды и первьй и второй источники опорного напряжения, причем анод третьего и катод четвертого диодов подключены к точке соединения четвертого с пятым резисторов, а катод третьего и анод четвертого диодов подключены соответственно к выходам первого и второго источников опорного напряжения.

Корректор А.Обручар

Подписное

Изобретение относится к радиотехнике и расширяет динамич. диапазон. Фильтр содержит операц. усилитель 1, конденсаторы 2,4 и 9, резисторы 3,5-8, диоды 10-13, источники 14 и 15 опорного напряжения. Поскольку расширение динамич. диапазона сны- ше 70 дБ обеспечивается за счет умень-г шения добротности фильтра, то при этом происходит расширение полосы пропускания фильтра. При поиске сигналов, уровень к-рых соизмерим с уровнем помех, полоса пропускания фильтра равна 5 кГц, 1 ил. ю -кн (Л 6 1 00 СП О)