Дифференцирующее устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1317395 А1 (594 G05B5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4003053/24-24 (22) 17.01.86 (46) 15.06.87. Stan. N- 22 (72) Н.В. Грузин, В.Б. Плоткин, Ю.А. Смирнов, Е.В. Трофимов, Р,Э. Францев и В.И. Касаткин (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1187182, кл. С 05 G 7/18, 1985. (54) ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ,(57) Изобретение относится к радиоэлектронике и предназначено для од.новременной фильтрации аналогового сигнала, содержащего полезную составляющую и высокочастотную помеху, и получения любой и-й непрерывной производной профильтрованного сигнала. дифференцирующее устройство включает ,1+и последовательно каскадно соединенных пассивных кС-звеньев, п+1 повторителей напряжения 3, и+1 корректирующих цепей 4, и+1 масштабных преобразователей 5 напряжения и сумматор 6 напряжений, где q u п — положительные целые числа, g — порядок производной. Изобретение может найти применение 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 час- а CJ тоту полезного сигнала. 1 ил. йм.

1 )3

Изобретение относится к радиоэлектронике и предназначено для одновременной фильтрации аналогового сигнала, содержащего аддитивную смесь полезной составляющей и высокочастотной помехи, и получения любой и-й непрерывной производной профилыгрованного сигнала; может найти применение в устройствах автоматики, аналоговой вычислительной и контрольноизмерительной техники, в специализи— рованных системах обработки информации, особенно в тех случаях, когда нижняя граничная частота помехи значительно превышает верхнюю граничную частоту полезного сигнала.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности устройства путем расширения динамического диапазона изменения напряжения входного сигнала.

На чертеже показана функциональная схема предлагаемого дифференцирующего устройства.

Устройство содержит источник 1 напряжения входного сигнала, цепочку 2 из q+n последовательно каскадно соединенных интегрирующих RC-звеньев, и+1 повторителей 3 напряжения, n+1 корректирующих цепей ч, и+1 масштабных преобразователей 5 и алгебраический сумматор 6 напряжений, где q u

n — положительные целые числа, порядок производной.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Напряжение Uв (р) входного сигнала вк подается на вход цепочки 2 RC-звеньев. Пусть операторные функции передачи напряжения (ОФПН) каждого i çâåíà (i = I,q+n) H >(i)(р) и последовательного каскадного соединения q+m зве— ньев (m= 0,1,2,...,n) Е1, (р) имеют вид к(; 1

Н () (1) р т . +) pT+1

17395 2 яние входных сопротивлений блоков, подключенных к звеньям, а также при

paBHoMHHaJIbHoM исполнении звеньев.

Напряжения U> + (p) с выходов q+mтых звеньев

))вк (р)

U (р) "— — - — —

З +" (pT+))Ъ+ (m = 0,1,2,...,n) поступают на входы соответствующих масштабных преобразователей (повторители и корректирующие цепи в идеальном случае отсутствуют), где выполняется умножение этих напряжений на масштабные коэффициенты В,„, равные

| у |1 п.

В =С/Т д

Т m((п-m)!

Промасштабированные напряжения

20 V,x (ð) C"„ (n) т (рт+1) подают на входы алгебраического сумматора, причем напряжения с нечетными значениями индекса m — на инвертирую25 щие входы, а напряжения при m = 0 и

m — четных — на неинвертирующие входы. Напряжение на выходе сумматора, равное выходному напряжению устройства записывается как

30 ы Ср

)|| в ), ° в|, T1l (т+ ) )$+&

Преобразуя последнее равенство

Usx (р)

V„,x (р) — — Х

Т" (рт+1) ) "

;> (-1) С„ (рт+1)""

m=O и, пользуясь формулой бинома Ньютона, (рТ+1) = С (рТ) + С „(рТ)" 1 +

40 2 К2

CK (pT)K +...+1 = g С„(рт)

|=o получаем (р) = -- — — — — 1 а (рТ) +

Овх (Р) - n

BsIx T>(рт+) )++ h

+ a„„(pT) +...+а,1, 50

))в. (p) (рт+)) 1

"з (p) (рт+)) % где постоянные времени T(;I и коэффициенты передачи К;) звеньев принимаются. соответственно равными, причем коэффициенты передачи равны 1 т(,-, = т, к((, =к= ) . (2)

Соотношения (1) и (2) справедливы в идеальном случае, если не учитывать нагрузочное влияние последующих звеньев на предыдущие и нагрузочное влигде коэффициенты а „, j = 0,1,2,..., и соответственно равны а„ = 1; а„ = 0 при ) = I ||.

Следовательно, выходное напряжение устройства

- Ugq+q (р) . p = Н,",„ .„(p) равно, в идеальном случае, и-й производной от напряжения на выходе q+nзвенной КС-цепи.

5 4

Одновременное использование пассивной RC-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

Составитель А.

Техред Л. Олийн

Редактор Т. Парфенова

Корректор М. Демчик

Заказ 2422/42 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 13173

В реальном случае необходимо учитывать нагрузочное влияние входных сопротивлений последующих звеньев на предыдущие и блоков, подключенных к выходам q+m-õ звеньев (m" -О,!,2,..., n).

Выбор дополнительного количества звеньев q определяется тем, что с возвозрастанием q, с одной стороны, повышается помехоустойчивость и точ- 10 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- 20 руется по окончании переходного процесса разряда конденсаторов. Снижению длительности переходных процессов способствует выбор малой постоянной времени Т, что также приводит к рас- 25 ширению полосы пропускания устройстsa и снижению его методической ошибки. Однако черезмерное расширение полосы за пределы граничной частоты помехи уменьшает помехоустойчивость. 30

Повышение помехоустойчивости и точности устройства обусловлено тем, что в предлагаемом решении реализован косвенный метод определения производных: и-я производная q+n-кратно- 35 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 q+m-кратно профильтрованных и промасштабированных напряжений (m = 0,1,2,..., 45

n). Дополнительное повышение помехоустойчивости и точности дает пассивная RC-цепь, подавляющая высокочастотную помеху с крутизной -20 (q+

+и) ДБ/дек.

Дифференцирующее устройство, содержащее первую группу из п последовательно соединенных интегрирующих цепей, алгебраический сумматор, опе— рационные 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 q последовательно соединенных интегрирующих цепей, где q

0,1,2,...,n+1 повторителей напряжения, п+1 корректирующих цепей, n+I 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 m é цепи первой группы интегрирующих цепей через соответствующие m ûå последовательно соединенные повторители напряжения, корректирующие цепи и масштабные усилители подключены к инвертирующим входам алгебраического сумматора при нечетных m и к неинвертирующим входам— при четных m, где m = 1,п.

Лащев