Синхронно-фазовый фильтр Советский патент 1989 года по МПК H03H11/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации путем уменьшения фазовых и частотньг)с искажений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема синхронно-фазово го фильтра.

Синхронно-фазовьй фильтр содержит первый 1, второй 2 и третий 3 перемножители, первьй 4, второй 5, третий 6, четвертый 7 и пятьи 8 пере- ключатели, первый 9, второй Ю и третий 11 фильтры, нижних частот,генератор 12 квадратурных напряжений и генератор 13 коммутирующих напряжений.

Синхронно-фазовый фильтр работает следующим образом.

.

В один из полупериодов частоты коммутации напряжение, снимаемое с выхода первого перемножителп 1, пропорциональное произведению входного сигнала на напряжение, снимаемое с одного из выходов генератора 12 через второй переключатель 5, через третий переключатель 6 поступает на вход первого фильтра 9. Одновременно в этот же полупериод чартоты коммутации напряжение, снимаемое с выхода третьего перемножителя 3, пропорциональное произведению входного сигнала на напряжение, снимаемое с другого выхода генератора 12 через пятый переключатель 8, через четвертый переключатель 7 поступает на вход второго фильтра Ю. В следующий полупериод частоты коммутации на входы фильтров 9 и 10 поступают напряжения, пропорциональные тем же сомножителям.

но снимаемые с выходов других пере- i множителей:на первый фильтр 9 - с выхода третьего перемножителя 3, на второй фильтр Ю - с выхода первого перемножителя.

Второй перемножитель 2 в соответствующие полупериоды частоты коммутаций перемножает напряжения, поступающие через первый переключатель 4 с выходов фильтров 9 и 10 и через второй переключатель 5 с выходов генератора 12 квадратурных напряжений. Отфильтрованное от высокочастотных продуктов коммутации третьим фильтром 11 нижних частот выходное напряжение второго перемножителя 2 поступает на выход синхронно-фазового фильтра.

В соответствии с описанным алгоритмом напряжение на выходе второго переключателя 5 можно представить в следующем виде:

и

(Ugh t- U,hJK (1)

j

20

25 з ,Q и д35

40

45

i оU} UUoK4h + UU,Kjh- где - г- т;-:-- - напряжения

U,,h,,h. еоответственно на выходах первого 9 и второго 10 фильтров (черта над вьфаже- нием означает усреднение во времени) ;

Uj,(COot +Ф)и

cos((05t +(j) - напряжения

на первом и втором выходах генератора 12 квадратурных напряжений J

h 1/2(1-Sgn,sinЯt) - единичная

периодическая фу 1кция ХэвисайдаТ/ первого (+) и второго (-) полупериодовчастоты коммутации; К,К, Kj - обобщенные

коэф(ициенты

передачи со- - Ьтветствующих перемножителей.

С учетом приведенных обозначений напряжения на выходе второго перемножителя 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и радиотехнике и может использоваться в устройствах частотной селекции. Цель изобретения - повышение точности фильтрации путем уменьшения фазовых и частотных искажений. Фильтр содержит два перемножителя 1 и 2, два переключателя 4 и 5, три фильтра 9, 10 и 11, г-р 12 квадратурных напряжений, г-р 13 коммутирующих напряжений. Для достижения цели введены перемножитель 3 и три переключателя 6, 7 и 8. 1 ил.

и, Ц/8 (К, Kj) и sin ((jut +) - |---- и sin Г(Оо-UU)

L1 1 к.} + 2i( sinCit. (2)

t +

51529Д

При Q СО третий фильтр 11 отфильтровывает составляющие комбинационных частот и на выход устройства поступает напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде входного сигнала и совпадающее с ним по частоте и фазе.

При воздействии на вход устройства аддитивной смеси сигнала и помехи ю на выходе одного из переключателей 6 или 7, например 6, образуется напряжение

Кз

2 iF

г

I/; cos (со,-Wj t V г

sin L(2n-1)Qf () t

- -- - - --

2n - 1

Исключая очевидный случай CO GOg , дискретный спектр частот помехи, при которых возникают погрешности устройства, определяется следующими значениями: (2п-1 ) О + « V (2n-i)«:i-QO ,а)„- - (2n-l) Q..

Величина погрешности зависит от уровня помехи и номера гармоники частоты коммутации.

При сравнении с прототипом в предлагаемом устройстве при том же спектре частот амплитуды помехи, комбинационные составляющие которой попадают в полосу пропускания фильтров 9 и 10,

К, - К

в гг- раз меньше, чем у прототиК, « Kj

па. Соответственно улучшаются фильтрущие свойства. Погрешности современных аналоговых перемножителей, например 525ПС2, не превышают 1-2%. Следователно, помехоустойчивость предлагаемого устройства 50-100 раз выше соответственно повьш1ается точность выделения измеряемого сигнала.

Как следует из выражения (3), амплитуды комбинационных составляющих на выходе второго перемножителя 2 уменьшаются в той же степени что и амплитуды комбинационных составляющих помехи, что позволяет по сравнению с прототипом либо уменьшить постоянную времени третьего фильтра 11, либо расширить частотный диапазон cj-нхронно- фазового фильтра в сторону верхних частот, что является дополнительным положительным эффектом синхронно-фазового фильтра.

46

и (и -t- У) Uo (K, ..i .

После преобразования с учетом ти- го, что при взаимодействии с опорнмм сигналом образуются комбина:1иониые составляющие нулевой частоты, догтг1-гоч но рассмотреть только произведение помехи и опорного напряжения.

Постоянную составляющую этого напряжения можно представить в следующем виде:

(3)

5

5

05

0 5

Формула изобретении

Синхронно-фазовый фильтр, содержащий первый и второй перемножители, первый вход первого перемножителя является входом синхронно-фазового фильтра, первьп и второй переключатели, первьш, второй, третий фильтры нижних частот, выходы первого и второго фильтров и;г(1тих с:. динены соответствеинс с иерным и в 1, рым входами первого переключателя, выход которого сое, I .iiieH с первь-м входом второго перемножптеля, вь.-хол которого соединен с входом третьегг фильтра нижних частот, выход кот(гри-- го является выходом синхронно-Лозовj- го фильтра, генератор кп,1дратурк1.1х напряжений, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами второго переключателя, управляющие входы первого и второго переключателей соединены с выходом генератора коммутируюгцего налряжеь ия, вторые входы первого и второго перемножителей соединены с выходом нто- рого переключателя, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повьш ения точности фильтрации путем уменьшения фазовых и частотных лослжений, введены третий, четвертый, пятый переключатели и третий перемножитель, первый вход которого соединен с первым входом первого перемножителя, а второй вход соединен с выходом пятого переключателя,первый и второй входы которого соединены соответственно с вторым и первым входами второго переключателя,выходы третьего и четвертого переключателей соединены соответствен715294148

HO с входами первого и второго фильт-динен с первь м входом четвертого пе- ров нижних частот, первьп вход третье-реключателя и выходом третьего пере- го переключателя соединен с вторыммножителя, причем управляющие входы входом четвертого переключателя,итретьего, четвертого и пятого перевыходом первого перемножителя, а вто-ключателей соединены с выходом герой вход третьего переключателя сое-нератора коммутирующее напряжения.