Синхронный режекторный фильтр Советский патент 1982 года по МПК H03H19/00 

(54) СИНХРОННЫЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР

1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для подавления гармонических помех, например, при измерении малых сигналов на фоне значительно превосходящих их по уровню промышленных помех.

Известен синхронный режекторный фильтр, содержащий резистор .и группу коммутируемых конденсаторов Щ.

Однако коэффициент подавления на частотах режекции фильтра -невелик и уменьшается для высших гармоник помехи, что связано с.ростом погрешности дискретизации высших гармоник помехи.

Известен, также синхронный режекторный фильтр, содержащий операционный усилитель, между выходом и инвентирующим входом которого включен синхронно-коммутируемый RCфнльтр и генератор коммутации. Такой фильтр обеспечивает на частотах режекции для высших гармоник помехи достаточно высокий коэффициент подавления 2 .

Однако при скачкообразных изменениях амплитуды помехи из-за значительной инерционности фильтра длительность переходных процессов оказывается неприемлемо большой, что

приводит к снижению быстродействия устройства.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в синхронном режекторном фильтре, содержащем операционный усилитель, синхронно-коммутируемый RC10фильтр, вход которого подключен к выходу операционного усилителя, а выход - к инвертирующему входу операционного усилителя, и генератор коммутации, между выходом операцион15ного усилителя и.его инвертирующим входом включены последовательно ключ и дополнительный резистор, к управляющему входу ключа подключен выход элемента ИЛИ, каждый вход которого через последовательно соединенные пороговое устройство, фильтр нижних частот и синхронно-фазовый детектор подключен к выходу операционного усилителя, при этом выход ге25неоатора коммутации подключен к угфавляющему входу одного из синхронно-Фазовых детекторов непосредственно, а к управляющему входу ДРУiroro - через фазовращатель HaJr/2.

30

На чертеже изображен синхронный режекторный фильтр, структурная электрическая схема,

Синхронный,режакторный фильтр содержит операционный усилитель 1, синхронно-коммутируемый RC-Лильтр. состоящий из резистора 2, коммутируемых конденсаторов 3 и коммутирующего устройства 4, генератор 5 коммутации, дополнительный резистор 6, ключ 7 и элемент ИЛИ 8. Каждый из двух входов элемента ИЛИ подключен к выходу операционного усилителя через последовательно соединенные пороговые устройства 9 и 10, фильтры нижних 11 и 12 частот и синхроннофазовые детекторы 13 и 14. Управляющий Bxofl одного из синхронно-фазовых детекторов 13 соединен с выходом генератора 5 коммутации через фазовращатель 15 на J/2.

Устройство работает следующим образом.

На неинвертирующий вход операционного усилителя 1 поступает исходное напряжение, содержащее полезный сигнал и помеху. Помеха с выхода устройства выделяется синхронно-коммутируемым RC-фильтром и подается на инвертирующий вход усилителя 1.

В установившемся режиме напряжение помехи, воздействующее на инвертирующий и неинвр ртирующий входы операционного усилителя 1, равны, что приводит к компенсации помехи на выходе устройства. Постоянная врмени синхронно-коммутируемого НСфильтра выбирается достаточно большой, что обеспечивает получение узкой полосы режекции устройства. Частота генератора 5 коммутации, подаваемая на коммутирующее устройство 4, определяет частоту режекцин RCфильтра и выбирается равной первой гармонике частоты помехи. Таким образом, в указанном режиме полезный сигнал беспрепятственно проходит на выход устройства..

При скачкообразном изменении амплитуды помехи на неинвертирукмдем входе усилителя 1 напряжение помехи на выходе синхронно-коммутируемого RC-фильтра, т.е. на инвертирующе входе усилителя 1, не изменяется до величины, необходимой для компенсации нового значения помехи на входе устройства вследствие большой инерционности КС-фильтра. С выхода операционного усилителя 1 скачок напряжения помехи, пропорциональный скач.ку на входе, поступает на сигнальные входы синзронно-фазовых детекторов 13 и 14, .на управляющие входы которых подается напряжение с выход генератора 5 коммутации с частотой помехи. Управляющие напряжения синхронно-фазовых .детекторов 13 и 14 сдвинута друг относительно друга на угол JT/2 фазовращателем 15, что

позволяет получить на выходах детек торов 13 и 14 напряжения, постоянные, составляющие которых пропорциональны квадратурной и синфазной составляю1цим напряжения помехи на. входе детекторов 13 и 14.

Постоянные составляющие напряжений с выходов детекторов 13 и 14 выделяются фильтрами 11 и 12 нижних частот. Знак выделенных постоянных напряжений зависит от знака скаЧка напряжения помехи на входе устройства и фазовых соотношений меясду напряжениями на сигнальных и управляющих входах синхронно-фазовых детекторов 13 и 14. Далее эти напряжения подаются на пороговые устройства 9 и 10, где сравниваются по модулю с пороговыми, уровнями, задаваемыми этими устройствами. Пороговые уровни должны соответствовать допустимому минимальному напряжению помехи на выходе устройства.

Если модуль бы одного из постоянных напряжений с выходов фильтров 11 и 12 нижних частот превысит значение порогового уровня, т соответствующее пороговое устройство 9 и 10 сработает и своим выходны напряжением через элемент ИЛИ 8, воздействуя на ключ 7, заставит его замкнуться. При замыкании ключа 7 дополнительный резистор б, сопротивление которого значительно меньше сопротивления резистора 2, подключается параллельно резистору 2, что приводит к резкому уменьшению постоянной времени синхронно-коммутирумого НС-фильтра и быстрой компенсации скачка напряжения помехи на выходе устройства.

Компенсация скачка напряжения на выходе устройства ведет к уменьшению величины постоянных напряжений на входах пороговых устройств 9 и 10 и к их обратному срабатыванию. При этом ключ 7 раз1«11кается, дополнительный резистор 6 уже не шунтирует резистор 2, устройство переходит в рабочий режим, характеризующийся большой постоянной времени синхронно-коьвиутируемого RC-фильтра и, следовательно, узкой полосой режекции. Поскольку конденсаторы 3 при компенсации скачка помехи были заряжены до амплитуды напряжения помехи, то при отключении дополнительного резистора 6 режим компенсации помехи не нарушается.

Разделение напряжения помехи на выходе операционного усилителя на д составляющие позволяет исключить влияние на напряжение. Управляющее ключом 7, неопределенности разности фаз между напряжением помехи на выходе устройства и напряжением генератора 5 коммутации, поступающим на управляющие входы синхронно-фазовых детекторов 13 и 14.

Изобретение увеличивает быотро- действие синхронного режекторного фильтра при различного рода скачкообразных, значительных по величине в сравнении с измеряемым сигналом, изменениях помехи, в том .числе возникающих и при включении устройства.

Формула изобретения

Синхронный режекторный фильтр, содержащий операционный усилитель, синхронно-коммутируемый RC-фильтр, вход которого подключен к выходу операционного усилителя, а выход - к инвертирующему входу операционного усилителя, и генератор коммутации, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, между выходом операционного усилителя и его инвертирующим

входом включены последовательно ключ и дополнительный резистор, к управляющему входу ключа подключен выход элемента ИЛИ, каждый вход которого через последовательно соединенные J пороговое устройство, фильтр нижних частот и синхронно-фазовый детектор подключен к выходу операционного усилителя, при этом выход генератора коммутации подключен к управляющему входу одного из синхронно-фазовых

0 детекторов непосредственно, а к управляющему входу другого - через фа зовращатель на Л/2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

и ее гармоники. - Приборы и техника эксперимента, 1978, 4, с. 175-17а

0 629625, кл. Н 03 Н 7/10, 1978

(прототип.