фильтр постоянной составляющей
Классы МПК: | H03H7/12 полосовые или режекторные фильтры с регулируемой шириной полосы пропускания и фиксированной средней частотой |
Автор(ы): | Казаков М.К., Хисамова Л.И. |
Патентообладатель(и): | Ульяновский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-10-06 публикация патента:
10.05.2002 |
Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к фильтрам для выделения постоянной составляющей периодических напряжений. Технический результат заключается в повышении точности выделения постоянной составляющей и повышении быстродействия устройства. Для этого в фильтр на основе интегрирующего операционного усилителя введена схема, с помощью которой производится взятие определенного интеграла за период входного напряжения, что позволяет выделить постоянную составляющую из этого напряжения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Фильтр постоянной составляющей, содержащий операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с одним из выводов резистора, а в отрицательной обратной связи включен конденсатор, отличающийся тем, что неинвертирующий вход ОУ соединен с нулевой шиной, а другой вывод резистора через первый ключ соединен с источником напряжения, к которому также подсоединены последовательно соединенные триггер Шмитта и делитель частоты импульсов, причем выход последнего соединен с входом управления первого ключа, а также - с входом первого одновибратора, выход которого подключен к входу второго одновибратора и к входу управления инвертирущего устройства выборки-хранения, вход которого соединен с выходом ОУ, а выход является выходом фильтра, выход второго одновибратора соединен с входом управления второго ключа, который подсоединен параллельно конденсатору. 2. Фильтр постоянной составляющей по п. 1, отличающийся тем, что постоянная времени, равная произведению емкости конденсатора и сопротивления резистора, выбирается равной периоду входного напряжения, а коэффициент деления делителя частоты импульсов выбирается равным двум.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к фильтрам для выделения постоянной составляющей периодических напряжений. Известно, что фильтры постоянной составляющей (ФПС) относятся к фильтрам нижних частот, полоса пропускания которых лежит в пределах от нулевой частоты (постоянное напряжение) до некоторой частоты среза![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182015/969.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182400/2182400-2t.gif)
поскольку постоянная времени RC выбирается равной периоду Т входного напряжения. В выражении (1) R - сопротивление резистора 4, а С - емкость конденсатора 6. В момент времени 1 ключ 3 размыкается и входное напряжение в течение следующего периода не поступает на вход интегратора. Определенный интеграл (1), как известно, равен постоянной составляющей Uconst входного напряжения, поэтому с учетом того, что интегратор - инвертирующий, имеем:
Uинт= -Uconst. (2)
Задний фронт выходного напряжения делителя 2 (момент времени t1) запускает первый одновибратор 8, который формирует импульс (фиг. 2, г), с помощью которого напряжение (2) интегратора фиксируется УВХ 9. Оно выполнено инвертирующим, поэтому выходное напряжение устройства в соответствии с (2)
Uвых= -Uинт= -Uconst. (3)
В момент времени t2, задним фронтом импульса одновибратора 8 запускается второй одновибратор 10, который формирует импульс (фиг. 2, д), замыкающий второй ключ 7, что обеспечивает разряд (обнуление) конденсатора 6 интегратора. Выходное напряжение устройства при этом определяется выражением (3) и не меняется. В течение следующих двух периодов входного напряжения фильтр работает аналогично, но если при этом значение постоянной составляющей входного напряжения меняется, то пропорционально изменится и выходное напряжение устройства. В соответствии с этим быстродействие предложенного устройства (время обработки информации) определяется его постоянной времени 16
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182176/964.gif)
которая существенно меньше, чем постоянная времени прототипа (см. приложение к данной заявке) и других фильтров нижних частот, работающих в режиме ФПС. Точность фильтрации постоянной составляющей также увеличивается, поскольку алгоритм (1) обеспечивает получение на выходе устройства только постоянной составляющей и полное подавление переменной составляющей входного напряжения. Инвертирующее устройство выборки-хранения 9 может быть выполнено, например, согласно схеме, приведенной на фиг. 3. Она содержит ключ, вход управления которого является входом управления УВХ, повторитель напряжения и инвертирующий усилитель с коэффициентом передачи - 1, выполненные на основе ОУ. Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, заключающегося в повышении точности выделения постоянной составляющей и повышении быстродействия устройства. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". ПРИЛОЖЕНИЕ
Передаточная функция прототипа (фиг.4) определяется выражением:
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182400/2182400-3t.gif)
откуда можно найти его АЧХ в виде:
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182400/2182400-4t.gif)
При этом постоянная времени фильтра определится из значения полюса выражения (5):
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182176/964.gif)
Допустим имеется напряжение, содержащее постоянную составляющую и гармонику с частотой f= 50 Гц. Необходимо выделить постоянную состовляющую и подавить переменную состовляющую напряжения, причем, поскольку полностью подавить переменную составляющую с помощью прототипа невозможно, то нужно задаться необходимым коэффициентом передачи на частоте переменно составляющей, например К(50)=0,01(подавление переменной составляющей до 1%). Из (6) найдем необходимое значение постоянной времени (7):
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182176/964.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182050/8773.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182176/964.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182050/8773.gif)
![фильтр постоянной составляющей, патент № 2182400](/images/patents/288/2182176/964.gif)
Класс H03H7/12 полосовые или режекторные фильтры с регулируемой шириной полосы пропускания и фиксированной средней частотой