DE1541949C3 - Filter - Google Patents

Description

^{3 4}

kleineren Amplitude als die des Eingangssignals α; Schaltung kann man das verwendete lineare Filter B

s. Fig. 3 für ein Sinussignal. Das Signal b wird dem berücksichtigen; Anforderung ist immer, daß sich die

nichtlinearen Element A₂ zugeführt, wobei das Aus- Frequenzgänge der verwendeten Filter reziprok zu-

gangssignal b beziehungsweise b' der Absolutwert einander verhalten.

des Eingangssignals ist. Dieses Ausgangssignal b 5 In F i g. 5 ist ein detailliertes Beispiel eines erfin- bzw. b' wird zur Steuerung des Begrenzers A _t ver- dungsgemäßen Filters dargestellt. Dabei sind einige wendet, und zwar derart, daß von den zwei Signalen Funktionsverstärker Q₁ ... Q₅ verwendet, von denen α und b das kleinere (in absolutem Augenblickswert) man weiß, daß der Zusammenhang zwischen dem durchgelassen wird, jedoch immer mit der Polarität Ausgangs- und dem Eingangssignal dem Verhältnis des Signals a. Das auf diese Weise erhaltene Signal ist io der Rückkopplungsimpedanz und der Eingangsimpein den Fig. 2 und 3 durch die schraffierten Teile des danz proportional ist. Es sei bemerkt, daß natürlich Signaisa bzw. b dargestellt. Wenn nun die Grund- auch andere Schaltarten, auch ohne Funktionsverwelle des Ausgangssignals betrachtet wird, ergibt stärker, möglich sind. Das lineare Filter B ist in diesich, daß es nahezu keine Phasendrehung zwischen sem Beispiel als ein Integrator mit einem Widerdem Eingangs- und dem Ausgangssignal gibt. Falls 15 stand R, einer Kapazität C und einem Funktionsverdas Filter B ein Integrator ist, tritt überhaupt keine stärker Q₂ dargestellt. Der Begrenzer A₁ besteht aus Phasendrehung auf. Es sei bemerkt, daß das Filter einem Funktionsverstärker Q₁ und Impedanzen, hier nach dem gegebenen Beispiel selbstverständlich durch Widerstände R₁ dargestellt. Weiter sind zwei einige Oberwellen der Grundwelle im Ausgangssignal zusätzliche Rückkopplungswege mit Dioden D₀ und gibt. Diese Bildung von Oberwellen ist abhängig von 20 Widerstände R₀ vorhanden, wobei die gemeinsamen der Frequenz des Signals und am stärksten bei der Punkte zwischen einer Diode D₀ und einem Wider-Grenzfrequenz des Filters. Das Auftreten geringer stand R₀ je mit einem Ausgang des Elementes A₂ Verzerrung (durch die Oberwellen) spielt für Regel- verbunden sind. Das nichtlineare Element A₂, in dem zwecke nur eine untergeordnete Rolle. Das wich- der Absolutwert b, V des Signals b aus dem linearen tigste ist, daß die Phasendrehung in diesem Filter 25 Filter B gebildet wird, besteht aus zwei Parallelzweigleich Null ist. Diese Oberwellen können nötigenfalls gen mit je einer Diode D₂ und einem Widerstand R₂, mittels zweier linearer Filter, von denen das eine ein wobei es in einem der Zweige einen Funktionsver-Hochpaß- und das andere ein Tiefpaßfilter ist und die stärker Q₃ mit den Widerständen R₃ gibt. Mit diesen sich reziprok zueinander verhalten, unterdrückt Parallelzweigen ist eine Reihenschaltung zweier werden. 30 Funktionsverstärker ß₄ und Q₅ mit der Parallelschal-In F i g. 4 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen tung bzw. einem Widerstand R₅ als Eingangsimpe-Filters gegeben, bei dem durch Verwendung eines danz verbunden. Die Rückkopplungsimpedanzen linearen Hochpaß- und eines Tiefpaßfilters eine Her- sind dabei die Widerstände R₂ bzw. R₅.
absetzung der Verzerrung im Ausgangssignal erhal- In der Praxis können die verwendeten Widerstände ten ist. Dazu ist das Filter gemäß dem Beispiel der 35 einen gleichen Wert, z. B. R, besitzen, wobei nur die F i g. 1 am Eingang mit einem Hochpaßfilter H und beiden Widerstände R₀ <^ R sein müssen.
am Ausgang mit einem Tiefpaßfilter L versehen. Aus dieser Figur ist es einleuchtend, wie die Diese Filter verhalten sich sowohl für den Ampli- Grenzen des Begrenzers A₁ von den Signalen b und tudenfrequenz- als für den Phasengang reziprok zu- b' aus dem Element A₂ gesteuert werden. Die Spaneinander, so daß die Übertragungsfunktion den kon- 40 nung am gemeinsamen Punkt zwischen einer Diode stanten Wert 1 hat und wodurch somit keine Phasen- D₀ und einem Widerstand R₀ und danach die Rückdrehung auftreten kann. Andere Kombinationen sind kopplung über den Funktionsverstärker Q₁ wird von auch möglich, z. B. ein Tiefpaßfilter am Eingang und der Spannung an den Ausgängen der Verstärker Q_i ein Hochpaßfilter am Ausgang. Bei der Wahl der beziehungsweise Q₅ bestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Dazu ist ein Filter nach der Erfindung dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß der nichtlineare Teil des nichtlinearen Filterteils zwischen einem Ausgang des

1. Filter, bestehend aus einem linearen Filter- linearen Filterteils und einem Steuereingang des Beteil mit einem gegebenen Amplitudenfrequenz- 5 grenzers aufgenommen ist.

gang und aus einem nichtlinearen Filterteil, der Das erfindungsgemäße Filter weist keine oder einen nichtlinearen Teil und einen steuerbaren nahezu keine Phasendrehung auf, es ist aber durch Begrenzer enthält, wobei der Eingang des FiI- die Verwendung des nichtlinearen Teils nichtlinear, ters mit dem Eingang des linearen Filterteiles Das erfindungsgemäße Filter entspricht nicht mehr und mit einem Eingang des steuerbaren Begren- io dem Überlagerungsprinzip, es hat jedoch die sehr erzers und der Ausgang des Filters mit dem Aus- wünschte Eigenschaft eines linearen Filters, nämlich, gang des Begrenzers verbunden ist, dadurch daß für eine Anzahl dem Eingang zugeführter gleichgekennzeichnet, daß der nichtlineare Teil förmiger Signale das Ausgangssignal gleich der (A₂) des nichtlinearen Filterteils (A) zwischen Summe der von den einzelnen Eingangssignalen vereinem Ausgang (4) des linearen Filterteils (B) 15 ursachten Ausgangssignale ist. Das bedeutet, daß eine und einem Steuereingang (5) des Begrenzers (^₁) η-fache Vergrößerung eines Eingangssignals eine aufgenommen ist. . «-fache Vergrößerung des Ausgangssignals ergibt,

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- aber daß eine η-fache Vergrößerung eines der Einzeichnet, daß vor und hinter das Filter lineare gangssignale und eine p-fache Vergrößerung eines Filter (L bzw. H) geschaltet sind und deren Fre- 20 anderen Eingangssignals, wegen der Nichtlinearität quenzgänge sich reziprok zueinander verhalten. des nichtlinearen Filterteils, kein Ausgangssignal gibt,

das für das zuerst erwähnte Eingangssignal n-fach und zugleich für das andere Eingangssignal p-fach

vergrößert ist. Dieses Filter mit dem erwähnten

25 linearen Verhalten für gleichförmige Signale und ohne oder nahezu ohne Phasendrehung ist insbeson-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filter, bestehend dere zum Gebrauch in der Regelungstechnik in

aus einem linearen Filterteil mit einem gegebenen Regelsystemen geeignet.

Amplitudenfrequenzgang und aus einem nichtlinearen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Filterteil, der einen nichtlinearen Teil und einen 30 Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher

steuerbaren Begrenzer enthält, wobei der Eingang des beschrieben. Es zeigt

Filters mit dem Eingang des linearen Filterteiles und F i g. 1 eine Ausführungsform des erfindungs-

mit einem Eingang des steuerbaren Begrenzers und gemäßen Filters,

der Ausgang des Filters mit dem Ausgang des Be- F i g. 2 und 3 Signaldiagramme,

grenzers verbunden ist. 35 F i g. 4 eine Erweiterung der Ausführungsform

Lineare Filter sind allgemein, z. B. in Form von nach F i g. 1 und

ÄC-Filtern, bekannt. Mathematisch läßt sich ein F ig. 5 ein detailliertes Ausführungsbeispiel des erlineares Filter mit einer linearen Differentialgleichung findungsgemäßen Filters.

beschrieben, und es gilt das Überlagerungsprinzip, In F i g. 1 stellt B den linearen Filterteil mit dem d. h., ein durch die Summe mehrerer Eingangssignale 4° erwünschten Amplitudenfrequenzgang dar, A ist der verursachtes Ausgangssignal besteht aus der Summe nichtlineare Filterteil in Form eines Begrenzers A₁ der Ausgangssignale, die von jedem der Eingangs- und eines nichtlinearen Elementes A ₂. Der Punkt 1 signale einzeln verursacht sein würden. Dabei ist es ist ein Eingang des Filters, der sowohl mit einem Eineine physikalische Tatsache, daß zu einem durch den gang 3 des Filterteils B als auch mit einem Eingang 2 Bau des linearen Filters erhaltenen Amplitudenfre- 45 des Filterteils A verbunden ist. Ein Ausgang 4 des quenzgang ein Phasengang gehört, der einen Min- Filterteils B ist über das nichtlineare Element A₂ mit destwert der Phase als Funktion der Frequenz angibt. einem Eingang 5 des Begrenzers A₁ verbunden. Ein Diese Phasendrehung kann, z. B. in Regelsystemen, Ausgang 6 des Filterteils bildet den Ausgang des bei denen das Filter in eine rückgekoppelte Schleife Filters.

aufgenommen ist, Instabilität herbeiführen. 50 Die Wirkungsweise wird, auch an Hand der Signal-In dem Aufsatz »Stabilisation of control systems diagramme in den Fig. 2 und 3, im folgenden erby the use of driven limiters« von A. R. Bailey in läutert.

Proceedings I.E.E., Vol. 113, Nr. 1, Januar 1966, Als Beispiel wird dabei der lineare FilterteilB als S. 169 bis 174, ist schon angedeutet, daß die Korn- Tiefpaßfilter, dem z. B. ein Verstärker folgt, gewählt, bination von linearen Filterelementen, nichtlinearen 55 Ein Signal a, das den Eingängen 2 und 3 der Anord-Elementen und Begrenzern, s. dazu Fig. 2 und 3, nungenv4 und B zugeführt wird, wird in diesem Beivorteilhafte Filtersysteme ergibt, die in rückgekop- spiel für niedrige Frequenzen am Ausgang 4 des pelten Schleifen die Stabilität verbessern können. Filterteils B ein Signal b geben, das dieselbe Fre-Die dort beschriebenen Filter zeigen in einem ge- quenz, jedoch einen sehr kleinen Phasenunterschied gebenen Frequenzgebiet eine Phasendrehung von 0 60 zu dem Signale aufweist. Durch die Verstärkung bis 90°. Das heißt, daß bei Kaskadenschaltung meh- wird in diesem Beispiel die Amplitude von b größer rerer Filter doch Instabilitäten auftreten können. Das sein als die von a; vgl. Fig. 2 für ein Sinusignal. Filter nach der Erfindung bezweckt eine Verbesse- Wenn als Filter B ein Integrator verwendet wird, rung des bekannten Filters zu schaffen durch eine an- tritt für niedrige Frequenzen kein Phasenunterschied dere Ordnung der genannten Filterteile, wobei erfin- 65 auf. Für die hohen Frequenzen des Signals α erscheint dungsgemäß bei einem gegebenen Amplitudenfre- am Ausgang des Filters B ein Signal b mit derselben quenzgang die Phasendrehung zwischen Eingangs- hohen Frequenz, jedoch mit anderer Phase (ungefähr und Ausgangssignal nahezu Null ist. um 90° verschoben) und in diesem Falle mit einer