Дифференцирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯетельство СССР С 7/18, 1985. ЕЕ УСТРОЙСТВО У 11 (54) (57) К р оси азначено для о ции аналоговог зле сигнала, содержащег ляющую и высокочаст олезную сост ную помеху, иепрерывной прополучения л изводной пр ои и-и о сигнала ьтрован ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 4003053/24-2417.01.8615,06.87. БюлН.В. Грузин,Смирнов, Е.В,Францев и В.И62-50(088.8)Авторское сви7182, кл. С 0ДИФФЕРЕНЦИРУ 10Изобретение оронике и предменной фильтр(504 С 05 В 5 дифференцирующее устройство включаетц+и последовательно каскадно соединенных пассивных КС-звеньев, и+1 повторителей напряжения 3, и+1 корректирующих цепей 4, и+1 масштабных преобразователей 5 напряжения и сумматор 6 напряжений, где 1 и и - положительные целые числа, и - порядокпроизводной. Изобретение может найтиприменение в устройствах автоматики,аналоговой вычислительной и контрольно-измерительной технике, в специализированных системах обработки информации, особенно в тех случаях,когда нижняя граничная частота помехи превышает верхнюю граничную частоту полезного сигнала. 1 ил.1 13Изобретение относится к радиоэлектронике и предназначено для одновременной фильтрации аналоговогосигнала, содержащего аддитивную смесьполезной составляющей и высокочастотной помехи, и получения любой и-йнепрерывной производной профилыгрованного сигнала; может найти применение в устройствах автоматики, аналоговой вычислительной и контрольноизмерительной техники, в специализированных системах обработки информации, особенно в тех случаях, когданижняя граничная частота помехи значительно превышает верхнюю граничнуючастоту полезного сигнала.Целью изобретения является упрощение и повышение точности устройства путем расширения динамическогодиапазона изменения напряжения входного сигнала.На чертеже показана функциональнаясхема предлагаемого дифференцирующего устройства.Устройство содержит источник 1напряжения входного сигнала, цепочку 2 из +и последовательно каскадносоединенных интегрирующих КС-звеньев,и+1 повторителей 3 напряжения, и+1корректирующих цепей ч, и+1 масштабных преобразователей 5 и алгебраичесЪкий сумматор 6 напряжений, где 1 ии - положительные целые числа,порядок производной.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Напряжение Бв (р) входного сигналавхподается на вход цепочки 2 КС-звеньев. Пусть операторные функции передачи напряжения (ОФПН) каждого .-звена(1 = 1,Ч+и) Н (.)(р) и последовательного каскадного соединения с 1+ш звеньев (т= 0,1,2п) Н , (р) имеютвид1Н (г,) ъ.3 . = щ"(Р) (+) .-,где постоянные времени Т; и коэффициенты передачи К 1; звеньев принимаются соответственно равными, причем коэффициенты передачи равны 1Т(1 = Т, К -- К= 1, (2) Соотношения (1) и (2) справедливы в идеальном случае, если не учитывать нагрузочное влияние последующих звеньев на предыдущие и нагрузочное вли 17395 2яние входных сопротивлений блоков,подключенных к звеньям, а также приравноминальном исполнении звеньев.Напряжения ( , (р) с выходов 1+штых звеньевОвк (р)Б (Р) ." -- - --(и = 0,1,2п)поступают на входы соответствующих масштабных преобразователей (повторители и корректирующие цепи в идеальном случае отсутствуют), где выполняется умножение этих напряжений на масштабные коэффициенты В равныефу 1 п.В =С/ТТ ш(и-ш)Промасштабированные напряжения 20 и,(Р) С"(ю)щ Р Т" (рт+1) %подают на входы алгебраического сумматора, причем напряжения с нечетнымизначениями индекса ш - на инвертирующие входы, а напряжения при ш = 0 иш - четных - на неинвертирующие входы. Напряжение на выходе сумматора,равное выходному напряжению устройства записывается как30; (-) С(рт+)"и:0и, пользуясь формулой бинома Ньютона,(з, (Р) Р - Н в, (Р)равно, в идеальном случае, и-й производной от напряжения на выходе 1+пзвенной КС-цепи.5 4Одновременное использование пассивной кС-цепи в двух назначениях: для фильтрации сигнала и получения производной профильтрованного сигнала - способствует экономии элементной базы устройства. Кроме того, отсутствие в схеме предлагаемого устройства контура с глубокой отрицательной обратной связью избавляет от необходимости решения задачи обеспечения устойчивости устройства, что упрощает техническую реализацию устройства, его настройку и эксплуатацию. Формула изобретения 50 Составитель А. Техред Л. ОлийнРедактор Т. Парфенова Корректор М. Демчик Заказ 2422/42 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 3 13173В реальном случае необходимо учитывать нагрузочное влияние входных сопротивлений последующих звеньев на предыдущие и блоков, подключенных к выходам и+ш-х звеньев (ш- "О2 и).Выбор дополнительного количества звеньев ц определяется тем, что с возвозрастанием о, с одной стороны, повышается помехоустойчивость и точ ность устройства, с другой стороны, сужается его полоса пропускания, что ведет к увеличению методической ошибки.При выборе постоянной времени Т 15 звеньев следует иметь в виду, что при ненулевых начальных условиях (ненулевых напряжениях на конденсаторах звеньев) точность значения производной профильтрованного сигнала форми руется по окончании переходного процесса разряда конденсаторов. Снижению длительности переходных процессов способствует выбор малой постоянной времени Т, что также приводит к рас ширению полосы пропускания устройства и снижению его методической ошибки. Однако чрезмерное расширение полосы за пределы граничной частоты помехи уменьшает помехоустойчивость. 30Повышение помехоустойчивости и точности устройства обусловлено тем, что в предлагаемом решении реализован косвенный метод определения производных: и-я производная о+и-кратно профильтрованного сигнала получается не в результате прямого и-кратного дифференцирования напряжения профильтрованного сигнала, что привело бы к увеличению уровня высокочастотных 40 помех, каким бы малым он ни был после фильтрации, а в результате простого алгебраического сложения Ч+ш-кратно профильтрованных и промасштабированных напряжений (ш = 0,1,2 45 и). Дополнительное повышение помехоустойчивости и точности дает пассивная КС-цепь, подавляющая высокочастотную помеху с крутизной -20 (ц+ +и) дБ/дек. Дифференцирующее устройство, содержащее первую группу из п последовательно соединенных интегрирующих цепей, алгебраический сумматор, операционные усилители, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения точности устройства путем расширения динамического диапазона изменения напряжения входного сигнала, оно содержит вторую группу из ц последовательно соединенных интегрирующих цепей, где ц0,1,2п+1 повторителей напряжения, п+1 корректирующих цепей, и+1 масштабных усилителей, причем вход второй группы интегрирующих цепей подключен к входу устройства, выход второй группы интегрирующих цепей подключен к входу первой группы интегрирующих цепей и через последовательно соединенные повторитель напряжения, корректирующую цепь и масштабный усилитель к неинвертирующим входам алгебраического сумматора, выход каждой ш-й цепи первой группы интегрирующих цепей через соответствующие т-ые последовательно соединенные повторители напряжения, корректирующие цепи и масштабные усилители подключены к инвертирующим входам алгебраического сумматора при нечетных ш и к неинвертирующим входам - при четных ш, где т = 1,п.Лащев