Активный фильтр Советский патент 1981 года по МПК H02M1/14 

Изобретение относится к электрон ной технике и предназначено для фнльтрахщи малых пульсаций двухполярного постоянного напряжения, н пример пульсаций техогенератора. Оно может быть использовано в системах автоматического управления электроприводами. Известен активный фильтр, содержащий делитель напряжения, конденсатор и активный элемент - транзистор Д него характерны низко быстродействие и способность работать только при однополярном фильтр емом напряжении. Наиболее близким к изобретению п технической сущности является актив ный фильтр, содержащий транзистор и конденсатор, к одной обкладке которого подключен делитель йапряжени одно плечо которого составляет первый резистор, а другой - второй резистор/ соединенный с катодом перво го диода, чей анод подключен к другой обкладке конденсатора С ЗСущественными недостатками указа ного активного фильтра являются спо собность фильтровать только однополярное напряжение, а также значительная инерционность, определяемая постоянной времени t - BiC, где С емкость основного конденсатора, а R сопротивление резистора делителя. Целью изобретения является повы- ; шенйе быстродействия активного фильтра при сглаживании пульсаций двухполярного напряжения. Поставленная цель достигается за счет ToiO, что активный фильтр, содержащий транзистор и конденсатор , к одной обкладке которого подключен делитель напряжения, одного плечо которого составляет первый резистор, а другое - второй резистор, соединенный с катодом первого диода, чей аноД подключен к другой обкладке конденсатора, дополнительно содержит подключенный к той же обкладке конденсатора второй делитель напряжения, одно плечо которого составляет третий резистор, подсоединенный к первому резистору, а второе плечо - четвертый резистор, соединенный с анодом второго.диода, катод которого подключенк аноду первого диода и конденсатору, и второй транзистор, противоположного по отношению к первому транзистору типа проводимости, . причем коллекторы транзисторов объединены и подключены к точке соединение первого и третьего резисторов, эмиттеры объединены и подключены ко второй обклещке конденсатора, а базы со средними точками делителей напряжения, точка соединения эмТ|ттеров транзисторов является выходом фильтра.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого активного фильтра; на фиг. 2 и 3 - временные диагра)««ы, поясн по14ие его работу.

Активный фильтр содержит два, вклкгченных параллельно, делителя напряжения, одно плечо первого делителя составляет резистор 1, другое резистор 2, соединенный с катодом полупроводникового диода 3, анод которого соединен с одной обкладкой конденсатора 4, Одно плечо второго делителя напряжения составляет резистор 5, другое - резистор б, соединенный с анодом второго полупроводникового диода 7, катод которого соединен с анодом диода 3, параллельно делителям напряжения включена цепочка , состоящая КЗ транзистора 8 р-п-р проводимости и транзистора 9 п-р-п проводимости. Коллекторы этих транзисторов соединены между собой, а эмиттеры подключены к другой обкладке конденсатора 4 и к выходной кп&мме 10, база транзистора 8 подключена к средней точке первого делителя, а база транзистора 9 - к средней точке второго делителя, клемма 11 и 12 являются входными клеммами активного фильтра.

Фильтр работает следующим образом.

На входные клеммы 11 и 12 подается фильтруемое напряжение Ue,x , например напряжение тахогенератора. Пусть на клемме 11 действует при этом положительный потенциал фильтруемого напряжения + if , В средней точке второго делителя при этом будет действоаать напряжение 4- U . Параметры делителя при оптимальной настройке выбираются так, чтобы падение напряжения на резисторе 5 было равно двойной амплитуде пульсаг,ий входного напряжения (см. фиг. 2). В этом случЗег,максимальн1:дё значения напряжения -fUa равны минимальным значениям входного напряжения + U . Эта законс «1ерность сохраняется для любого значения входного {напряжения U при условии, что амплитуда пульсаций пропорциональна среднему значению напряжения.+ Конденсатор 4 заряжается коллекторным током транзистора 9 до максимального напряжения, действующего на базе этого транзистора, т. е. до амплитудного значения + UQ . При этом транзистор 8 закрыт Это напряжение на конденсаторе 4 сохраняется неизменнЕЛМ, если пренебречь его разрядом током нагрузки.

подключаемой к выходной клемме 10 (для нормальной работы фильтра нагрузка должна быть высокоомной), до тех пор, пока не произойдет изменение входного напряжения + Ugx (учасJ ток а в фиг. 2). Если входное напряжение + ирх возрастает, то конденсатор 4 подзаряжается коллекторным током транзистора 9, и его напряжение + Uftbix соответственно увеличид вается (участок в с фиг. 2). вели же входное напряжение + становится меньше напряжения на конденсаторе 4 + Ue)t)ix. то последний разряжается коллекторным током транзистора 8 до величины + (участок d е

5 ФИГ. 2).

Поскольку сопротивление коллекторэмиттерного перехода открытых .транзисторов 9 и 8 соответственно при увеличении и снижении входного напряжения + Uftx весьма мало, то прот цесс заряда и разряда конденсатора 4 протекает весьма быстро. Полупроводниковый диод 3 предназначен для предотвр€Ш(ения разряда конденсатора

5 4 при положительном фильтруемом напряжении на резистор 2 через эмиттер-базовый переход транзистора в. Бели на клемме 11 действует отрицательный потенциал фильтруемого на. пряжения -U0X / то на средней точке

первого делителя будет действовать напряжение -Ub Параметры nejpBoro делителя напряжения выбираются из тех же соображений, что и параметры второго делителя. При этом конденсатор 4 заряжается коллекторным током транзистора 8 до максимального напряжения, действующего на базе этого транзистора, т. е. до амплитудного значения - UQ . Транзистор

0 9 в это время закрыт. При увеличении уровня входного напряжения - UBX конденсатор 4 подзаряжается коллекторным током транзистора 8, а при юньшений уровня этого напряжения с конденсатор 4 разряжается коллекторным током транзистора 9 до величины - Uex Полупроводниковый диод 7 предназначен для предотвращения разряда конденсатора 4 при отрицательном

д фильтруемом напряжении на резистор 6 через эмиттер базовый переход транзистора 9,

На фиг. 3 приведена временная диаграмма, пояснякявая работу двухполярного активного фильтра при неси55 нусоидальных пульсациях фильтруемого напряжения. При этом дан случай не. оптимальной настройки фильтра, когда падение напряжения на резисторе 5 второго делителя напряжения занижено.

0 Поэтому на временной диаграмме имеет место сравнительно низкий коэффициент фильтрации,

UU&K

«р ди

&ЫХ .При оптимальной настройке фильтра nk дение напряжения на резиБторе 5 должно быть увеличено и тогда пульсации выходного напряжения сведутся практи чески к нулю. Преимуществами предлагаеморо активного фильтра по сравнению с известными является способность сглаживать пульсации двухполярного вход ного напряжения, а также его высокое быстродействие. ИнердиБнность прототипа обусловлена сравнительно большой постоянной времени фильтра t RC. Постоянная времени 1; предлагает мого фильтра, определяется величиной ,,,В,с .г , где Я - сопротивление резисторов 1 или 5; С - емкость конденсатора 4; fo - коэффициент усиления по току транзисторов 8 или 9. Как следует из выражения {), постоянная времени t предлагаемого двухполярного активного фильтра значительно ниже постоянной времени С прототипа. Способность сглаживать пульсации двухполярного входного напряжения обусловлена.нёшичием .второго делителя напряжения и транзистора противоположной проводимости высокое быстродействие и способ,ность сглаживать пульсации двухполяр ного входного напряжения активного фильтра позволяет повысить качество систем автоматического управления, в которых он будет использован. Формула изоЬретения 7истив{в1й фильтр, содержаций тран- . зистор и конденсаторf к одной обклад КС ксуторого подключен делитель напряжения, окно плечо которого ооста- вляет первый резистор, а другое второй, резистор, соединенный с катодом первого диода, чей анод подключен к другой обкладке конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при сглгикиваиии пульсаций двухполярного напряжения, он дополнительно содержит подключенный к той же обкладке конденсатора второй делитель напряжения, одно плечо которого составляет третий резистор, подсоединенный к первсялу резистору, а второе плечо - четвертый резистор, соединенный с анодом второго диода , катод которого подключен к аноду первого диода и конденсатору, и второй транзистор, противоположного по отношению к перв(4у транзистору типа проводимости, причем коллекто ш транзисторов объединены и подключены к точке соединения первого и третьего резисторов, эмиттеры объединены и подключены ко второй обкладке конденсатора, а базы соединены соответственно со средними точкамн делителей на- .. пряжения, точка соединения эмиттеров транзисторов является выходом фильтра. Источники информации, принятые во внимание при зкспер нзе 1.Авторское свидетельство СССР № 356754, кл. Н 03 Н 7/10, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 353336, кл. Н 03 И 7/10, 1972 (прототип) .