DE1541949A1 - filter - Google Patents
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Description
Akte No. PHN- 1560File No. PHN-1560
21Ai11967 ,54.1949- 21Ai11967 , 54.1949-
"Filter11 "Filter 11
Die Erfindung bezieht sich auf ein Filter, mit einem linearen ,Filterteil mit einem gegebenen Amplltudenfrequenzgang.The invention relates to a filter with a linear filter part with a given amplitude frequency response.
Lineare Filter sind allgemein, z.B, in Form von RO-Filtern, bekannt. Mathematisch lässt sich ein lineares Filter mit einer linearen Differentialgleichung beschreiben, und ea gilt das Ueberlagerungeprinzip, das heisst ein durch die Summe mehrerer Eingangssignal verursachtes Ausgangssignul besteht aus der Summe der Ausgangssignalet die von jedem der Eingangssignal einzeln verursacht sein würden. Dabei iat es eine physikalische Tatsache, dass zu einem durch den BauLinear filters are generally known, for example in the form of RO filters. Mathematically, a linear filter can be described with a linear differential equation, and the superposition principle applies, i.e. an output signal caused by the sum of several input signals consists of the sum of the output signals t that would be caused individually by each of the input signals. In doing so, it is a physical fact that leads to one through construction
RADWHEEL
0098H/0716 BAD 0098H / 0716 BAD
- 2 - ■ · PHH 1560- 2 - ■ PHH 1560
dee linearen Filters erhaltenen Amplitudenfrequenzgang ein Phaeengang gehörtι der einen Mindestwert der Phase als Punktion der Frequenz angibt» Diese Phasendrehung kann, z.B. in Regelsystemen, bei denen das Filter in eine rückgekoppelte Schleife aufgenommen ist, Instabilität herbeiführen.The amplitude frequency response obtained from the linear filter includes a phase response which indicates a minimum value of the phase as a puncture of the frequency which the filter is included in a feedback loop, cause instability.
Die Erfindung bezweckt, ein Filter mit einem gegebenen Amplitudenfrequenzgang ohne oder nahezu ohne Phasendrehung zu schaffen. Die Erfindung ist' daduroh gekennzeichnet, dass das Filter einen nichtlinearen Teil enthält, ein Eingang des linearen Teils und ein Eingang des nichtlinearen Teils den Eingang des Filters bilden, wobei das Ausgangssignal des linearen Filterteils als Steuersignal zum Steuern eines Parameters des nichtlinearen Teile dient und einem Eingang des nichtlinearen Teils zugeführt wird und der Ausgang des nicht-linearen Teils den Ausgang des Filtere bildet.The aim of the invention is to create a filter with a given amplitude frequency response with no or almost no phase rotation. The invention is characterized 'daduroh that the filter contains a non-linear part, an input of the linear part and an input of the non-linear part form the input of the filter, the output signal of the linear filter part serving as a control signal for controlling a parameter of the non-linear part, and is fed to an input of the non-linear part and the output of the non-linear part forms the output of the filter.
Das erfindungsgemässe Filter weist keine oder nahezu keine Phasendrehung auf, es ist aber durch die Verwendung des niohtlinearen Teils nichtlinear. Das erfindungsgemässe Filter entspricht nicht mehr dem Ueberlagerungsprinzip, es hat jedoch die sehr erwünsohte Eigenschaft eines linearen Filters, nämlich, dass für eine Anzahl dem Eingang-zugeführter gleichförmiger Signale das Ausgangseignal gleich der Summe der von den einzelnen Eingangssignalen verursachten Ausgangseignale ist. Das bedeutet, dass eine n-faohe Vergrösserung eines Eingangssignal eine η-fache Vergrößerung dee Ausgangesignale ergibt, aber daes eine n-fache Vergrößerung eines der Eingang&signale und eine p-fache Vergrößerung eine· anderen Mngangseignals, wegen der Nichtlinearität des niohtlinearen filterten·) kein Auegangssignal gibt, das für das zuerst erwähnte EingängesignalThe filter according to the invention has none or almost none Phase rotation on, but it is due to the use of the nonlinear Partly non-linear. The filter according to the invention does not correspond more to the superposition principle, but it has the very desirable one Property of a linear filter, namely that for a number of uniform signals applied to the input, the output signal is equal to the sum of the output signals caused by the individual input signals. This means that an n-fold enlargement of an input signal results in an η-fold enlargement of the output signals, but that an n-fold enlargement of one of the Input & signals and a p-fold magnification of a different input signal, because of the non-linearity of the non-linear filtered) there is no output signal for the input signal mentioned first
0098U/0716 BADORiQ/AML*0098U / 0716 BADORiQ / AML *
154t949154t949
η-fach und zugleich für das andere Eingangssignal p-fach vergrSssert ist«, Dieses Filter mit dem erwähnten linearen Verhalten für gleichförmige üignale und ohne oder nahezu ohne Phasendrehung ißt insbesondere aum Gebrauoh in der Regelungstechnik: in Regelsystemen geeignet.η times and at the same time enlarged p times for the other input signal is «, this filter with the mentioned linear behavior for uniform signals and eats with no or almost no phase shift especially used in control engineering: in control systems suitable.
.Der erwähnte nichtlineare Filterteil ist vorzugsweise eir. Begrenzer und edn nichtlineares Elenent, wo"bei die Grenzwerte der Aussteuerung los Begrenzers vom Ausgangesignil des linearen Filterteils bestimmt werdeni wobei dieses Ausgangssignal Über das nichtlineare Element, dessen Ausgangssignal der Absolutwert des Eingangssignals ist, den Begrenzer zugeführt wird,The mentioned non-linear filter part is preferably a. Limiter and edn non-linear element, where "with the limit values of the modulation los limiter are determined by the output signal of the linear filter part, this output signal is fed to the limiter via the non-linear element, the output signal of which is the absolute value of the input signal,
Ein Ausführungebeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Eb zeigen Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgeraäesen Filterfe, Fig. 2 und 3 üignaldiagramme,An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Eb Fig. 1 shows an embodiment of the invention device Filterfe, Fig. 2 and 3 signal diagrams,
Fig. 4 eine Erweiterung der Ausführungsform nach Fig. 1 und Fig. 5 ein detailliertes Ausführungsbe !.spiel deB erfiniungsgemässen Filters.4 shows an extension of the embodiment according to FIGS. 1 and 5 shows a detailed exemplary embodiment of the invention Filters.
In Fig. 1 'stellt i> den linearen Filterteil mit dem erwünsohten AmpLitulenfrequensgang dar, A ist der nichtixneare Filterteil in Fora eines Begrenzers A1 und eines nichtlinearen Elementes A?» Der Punkt 1 ist ein Eingang des Filters, der sowohl mit einem Eingang 3 des Filterteils B als auch mit einem Eingang 2 des Filterteils A verbunden iat. Ein Ausgang 4 des Filterteils B ist über daß nichtlineare Element A2 mit einem Eingang 5 des Begrenzers A. verbunden« Ein Ausgang C des Filterteily bildet den Ausgang des Filters.In Fig. 1 'i> represents the linear filter part with the desired amp-litule frequency response, A is the non-linear filter part in the form of a limiter A 1 and a non-linear element A ? “Point 1 is an input of the filter that is connected to both an input 3 of the filter part B and an input 2 of the filter part A. An output 4 of the filter part B is connected via the non-linear element A 2 to an input 5 of the limiter A. An output C of the filter part forms the output of the filter.
Die Wirkungsweise wird, auch an Hand der Signaldiagranme inThe mode of operation is also illustrated using the signal diagrams in
0098 U /07 160098 U / 07 16
BADBATH
- 4 - " PBS 1560- 4 - " PBS 1560
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den Pig. 2 und 3 im folgenden näher erläutert.the pig. 2 and 3 explained in more detail below.
Als Beispiel wird dabei der lineare Filterteil B als Tiefpassfilter, dem z.B. ein Verstärker folgt, gewählt« Ein Signal a, das den Eingängen 2 und 3 der Anordnungen A und B zugeführt wird, wird in diesem Beispiel für niedrige Frequenzen am Ausgang 4 des Filterteils B ein Signal "b geben, das dieselbe Frequenz, jedooh einen sehr kleinen Phaeenunterechied zu dem Signal a aufweist» Duroh die Verstärkung wird in diesem Beispiel die Amplitude von b grBeeer sein als die von a; vergleiche Fig. 2 für ein Sinussignal. Wenn als Filter B ein Integrator verwendet wird, tritt für niedrige Frequenzen kein Phasenunterochied auf. Für die hohen Frequenzen des Signale a erscheint am Ausgang des Filters B ein Signal b mit derselben hohen Frequenz, jedooh mit anderer Phase (ungefähr um 90 verschoben) und in diesem Falle mit einer kleineren Amplitude als die de· Eingangssignals a; siehe Fig. 3 für ein Sinussignal. Das Signal b wird dem nichtlinearen Element A- zugeführt, wobei das Auegangsaignal b beziehungsweise bf der Absolutwert des Eingangssignalβ let ρ Dieses Ausgangssignal b beziehungsweise b1 wird zur Steuerung des Begrenzers A, verwendet und zwar derart, dass vcn den zwei Signalen a und b das kleinere (in absolutem Aügenbliokswert) durchgelassen wird, jedoch immer mit der Polarität des Signals a. Das auf dies· Weise erhaltene Signal ist in den Fig. 2 und 3 durch die schraffierten Teile des Signals a beziehungsweise b dargestellt. Wenn nun dl· Grundwelle des Auegangssignals betrachtet.wird, ergibt sioh) da·· es nahezu keine Phasendrehung zwischen dem Eingänge- und des iusfanf·- signal gibt. Falls da· Filter B ein Integrator ist, tritt überhaupt keine Phasendrehung auf. Es sei bemerkt, dass das Filter naoh des As an example, the linear filter part B is selected as a low-pass filter, followed by an amplifier, for example give a signal "b, which has the same frequency, but has a very small phase difference to the signal a" because the gain in this example, the amplitude of b will be greater than that of a; compare FIG. 2 for a sinusoidal signal. If as a filter If an integrator is used, no phase difference occurs for low frequencies a smaller amplitude than the de · input signal a; see Figure 3 for a sinusoidal signal, the signal b is supplied to the non-linear element a, wherein the Auegangsaig b nal relationship.. For example, b f is the absolute value of the input signal β let ρ This output signal b or b 1 is used to control the limiter A in such a way that of the two signals a and b the smaller one (in absolute terms) is allowed through, but always with the polarity of the signal a. The signal obtained in this way is shown in FIGS. 2 and 3 by the hatched parts of the signal a and b, respectively. Now, if dl · fundamental betrachtet.wird of Auegangssignals, gives SiOH) since ·· there is almost no phase shift between the INPUTS and iusfanf · - signal there. If the filter B is an integrator, no phase shift occurs at all. It should be noted that the filter near the
0098U/0716 BAD ORIGJNAL0098U / 0716 BAD ORIGJNAL
- 5 - PHN 1560- 5 - PHN 1560
gegebenen Beispiel selbstverständlich einige Oberwellen der Grundwelle im Ausgangssignal gibt. Diese Bildung von Oberwellen ist abhängig von der Frequenz des Signals und am stärksten bei der Grenz, frequenz des Filters. Das Auftreten geringer Verzerrung (durch die Oberwellen) spielt für Regelzwecke nur eine untergeordnete Rolle. Das wichtigste ist, dass die Phasendrehung in diesem Filter gleioh Null ist. Diese Oberwellen können nötigenfalls mittels zwei linearer Filter, von denen das eine ein Hochpass- und das andere ein Tiefpassfilter iat und die sich reziprok zueinander verhalten, unterdrückt werden.given example, of course, some harmonics of the fundamental wave in the output signal. This formation of harmonics is dependent on the frequency of the signal and strongest at the cutoff frequency of the filter. The occurrence of low distortion (due to the Harmonics) only plays a subordinate role for control purposes. The most important thing is that the phase shift in this filter is the same Is zero. These harmonics can, if necessary, by means of two linear ones Filters, one of which is a high-pass filter and the other a low-pass filter and which are reciprocal to one another, suppresses will.
In Fig. 4 ist ein Beispiel eines erfindunjBgemässen Filters gegeben, bei dem durch Verwendung eines linearen Hochpass- und eines Tiefpassfilters eine Herabsetzung der Verzerrung im Ausgangssignal erhalten ist* Dazu ist das Filter gemäss dem Beispiel der Fig. 1 am Eingang rait einem Hoohpassfilter H und am Ausgang mit einem Tiefpassfilter L versehen. Diese Filter verhalten sich sowohl für den Amplitudenfrequenz- als für den Phasengang reziprok zueinander, so dass die Uebertragungsfunkfcion den konstanten Wert 1 hat -und wodurch somit keine Phasendrehung auftreten kann. Andere Kombinationen sind auch möglich, z.B. ein Tiefpassfilter am Eingang und ein Hochpassfilter am Ausgang. Bei dar Wahl der Schaltung kann man das verwendete lineare Filter B berücksichtigenj Anforderung ist immer, dass sich die Frequenzgange der verwendeten Filter reziprok zueinander verhalten. In Fig. 4 is an example of a filter according to the invention given, in which the use of a linear high-pass and a low-pass filter reduces the distortion in the output signal * For this purpose, the filter according to the example in FIG. 1 is on Input rait a high pass filter H and at the output with a low pass filter L provided. These filters behave both for the amplitude frequency than for the phase response reciprocal to one another, so that the transmission function has the constant value 1 - and thus no phase rotation can occur. Other combinations are also possible, e.g. a low-pass filter at the input and a high-pass filter at the exit. When choosing the circuit, the linear filter B used can be taken into accountj The requirement is always that the frequency responses of the filters used are reciprocal to one another.
In Fig. 5 ist ein detailliotes Beispiel eines erfin&ungsgemässen Filtere dargestellt. Dabei sind einige Funktionsveabärker (^ ... Q-verwendet, von denen man weise, dass der Zusammenhang zwischen dea Aufgangs- und dem Eingangssignal dem Verhältnis der Büokkopplungein-In Fig. 5 is a detailed example of an inventive Filters shown. Some functional amplifiers (^ ... Q-used, which one knows that the connection between dea Increase and the input signal the ratio of the Büok coupling input
.009814/0716.009814 / 0716
\D ORIGINAL \ D ORIGINAL
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pedanz und der Eingängeimpedanz proportioral iet· Es sei bemerkt, dass natürlich auch andere Schaltarten, auch ohne Funktionsverstärker, möglich sind. Daa lineare Filter B iat in diesem Beispiel ale ein Integrator mit einem Widerstand R, einer Kapazität C und- einem tionsvorstärker t^ dargestellt. Der Begrenzer A. besteht aus einem Funktionsverstärker ^1 und Impedanzen, hier durch Widerstände R1 dargestellt. Weiter sind zwei zusätzliche parallele Rückkopplungswege irit Dioden Dv und Widerständen R vorhanden, wobei die gemeinsamen Punkte zwischen einer Diode D„ und einem Wideretand Rn je mit einem Ausgang des Elementes A2 verbunden sind· Das nichtlineare Element Λ-, in dem der Absolutwert b, b1 des Signals b aus dem linearen Filter B gebildet wird, besteht aus zwei Parallelzweigen mit je einer Diode D„ und einem Widerstand IL·, wobei es in einem der Zweige einen Punktionsverstärker iU mit den Widerständen R, gibt. Mit diesen Parallelzweigen ist eine Reihenschaltung zweier Funktionever— stärker Q, und Q1- mit der Parallelschaltung beziehungsweise »inen Widerstand R^ a}.a Eingangs impedanz verbunden. Die Rückkopp lunge impedanzen sind dabei die Widerstände Rp besiehungsweiae Rain der Praxis können die verwendeten Widerstände einen gleichen Wert, z.B. R, besitzen, wobei nur die beiden Widerstände R <^R sein müssen.pedance and the input impedance proportional. It should be noted that other types of switching are of course also possible, even without a function amplifier. Since a linear filter B iat in this example ale an integrator with a resistor R, a capacitance C and a tion preamplifier t ^ shown. The limiter A. consists of a function amplifier ^ 1 and impedances, shown here by resistors R 1 . There are also two additional parallel feedback paths with diodes Dv and resistors R, the common points between a diode D “and a resistor R n being connected to an output of the element A 2. The non-linear element Λ-, in which the absolute value b , b 1 of the signal b is formed from the linear filter B, consists of two parallel branches, each with a diode D "and a resistor IL ·, with a puncture amplifier iU with the resistors R i in one of the branches. A series connection of two function amplifiers Q 1 and Q 1 is connected to these parallel branches with the parallel connection or resistance R ^ a} .a input impedance. The feedback lunge impedances are the resistances Rp besiehungsweiae Rain in practice, the resistances used can have the same value, for example R, with only the two resistors having to be R <^ R.
Aus dieser Figur ist es einleuchtend, wie die Grenzen des Begrenzers A1 von den Signalen b und b1 aus dem Element A2 gesteuert werden. Die Spannung am gemeinsamen Funkt zwischen einer Diode D- und einem Widerstand R und danach die Rückkopplung Ober den Funktionsverstärker Q, wird von der Spannung an den Ausgingen der Verstärker Q, beziehungsweise Q5 bestirnt.From this figure it is evident how the limits of the limiter A 1 are controlled by the signals b and b 1 from the element A 2. The voltage at the common point between a diode D and a resistor R and then the feedback via the functional amplifier Q is determined by the voltage at the outputs of the amplifier Q or Q 5 .
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ι -ι -
Es sei schliesBlich nachdrücklich darauf hingewiesen, dass das obenbeBohriebene Beispiel eine der vielen möglichen Beispiele von Schaltungen für das erfinduneegemäeee Filter ist.Finally, it should be emphasized that the example above is one of the many possible Examples of circuits for the filter according to the invention is.
Filter mit einem linearen Verhalten für gleichförmige Signale und ohne oder nahezu ohne Phasendrehung können nach der Erfindung auf vielerlei Weisen mit verschiedenen nichtlinearen Elementen und verschiedenen linearen Filterteilen zusammengestellt werden.Filters with a linear behavior for uniform signals and with no or almost no phase rotation can be combined according to the invention in many ways with different non-linear elements and different linear filter parts.
BAD OBiGINAL 009814/0716 BAD OBiGINAL 009814/0716
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Publications (3)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |