Релейный операционный усилитель

 

РЕЛЕЙНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ .содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной обмотки которого являются входом реяейного операционного усилителя, операционный усилитель, между неинвертирующим входом, и выходом которого включен первый масштабный резистор , выход операционного усилителя соединен с первым выводом вторичной обмотки разделительного трансформатора , второй вывод которой через второй масштабный резистор подключен к шкне нулевого потенциала, третий и четвертый масштабные резисторы , отлич ающи. йен тем, что, с целью повышения точности работы , в него введены дополнительный операционный усилит ель.,, сумматор, дифференцирующий элемент, первый, второй и третий операторные четырехполюсники , причем второй вывод вторичной обмотки разделительного трацрформатора через первый операторный четырехполюсник соединен с инвертирующим входом дополнит ельно- . го операционного yc литeля, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя включен второй операторный четырехполюсник , выход дополнительного операционного усилителя, через трес тий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного (Л усилителя, инвертирующий вход которого подключен к шине н лeвoгo потенциала , выход операционного усилителя через третий .операторный четырехполюсник и через дифференцирующий элемент соединен соответственно с первым и вторым входами сумматора , третий вход которого соединен с выходом дополнительного операционного усилителя, выход сумматора является выходом релейного операционного усилителя и через четверел тый масштабный резистор соединен оь . с неинвертирующим входом операционного усилителя. 4

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 06 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ HSOBPETEHMA u OTHPblTHA (21) 3516362/18-24 (22) 26.11.82 (46) 30.01.84. Вюл. Р 4 (7R) Л.И .Цытович, Г .В.Суворов и Н.Н.Кириллова (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинс кого комсомола (53) 681. 335 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство

СССР М.758178, кл. G 06 С 7/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 698004, кл. Gi 06 G 7/12, 1978 (прототип) .

I (54) (57) РЕЛЕЙНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬУ содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной обмотки которого являются входом релейного операционного усилителя, операционный усилитель, между неинвертирующим входом и выходом которого включен первый масштабный резистор, выход операционного усилителя соединен с первым выводом вторичной обмотки разделительного трансформатора, второй вывод которой через второй масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, третий и четвертый масштабные резисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены дополнительный.

„„Я0„„10705 А операционный усилитель сумматор, дифференцирующий элемент, первый, второй и третий операторные четырехполюсники, причем второй вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора через первый операторный четырехполюсник соединен с инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя включен второй операторный четы" рехполюсник, выход дополнительного операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, выход операционного усилителя через третий операторный четырехполюсник и через дифференцирующий элемент соединен соответственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом дополнительного операционного усилителя, выход сумматора является выходом релейного операционного усилителя и через четвертый масщтабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя., 1070567

Изобретение относится к автоколебательным усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразовайием сигнала и може быть использовано в аналоговых вычислительных маши-. нах. 5

Известен релейний операционный усилитель, содержащий интегратор, релейный элемент, разделительный трансформатор, ключи и масштабные резисторы 1.1 3. 10

Данное устройство характеризуется низкой точностью работы.

Наиболее близким к предлагаемому является релейиый операционный уси-. литель, содержащий Разделительный 15 трансформатор, выводя первичной обмотки которого являются входом релейного операционного усилителя, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора через масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а также с первой обкладкой разделительного конденсатора, вторая обкладка которого через второй масштабный резистор соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен ко второму выводу вторичной обмотки разделительного трансформатора, между неинвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен третий масштабный резистор, неинвертирующий и инвертирующий входы операционного усилителя через соответствукицие масштабные резисторы подключены к 35 шине нулевого потенциала, встречно включенные ограничительнйе стабилитроны, вторые выводы которого соединены с обкладками разделительного конденсатора (2, 40

Известное устройство отличается невысокой точностью вследствие малого динамического диапазона входно-: гo сигнала, большим урознем пульса-: ций ВыхОднОГО сигнала и наличием 45 импульсных помех на фронтах выходного сигнала .

Цель изобретения — повышение.точности работы, Поставленная цель достигается тем, что в релейный операционный усилитель, содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной Обмотки которого являются входом релейного операционного усилителя, операционный усилитель, между неинвертирукицим входом и выходом которого включен первый масштабный резистор, выход операционного усилителя соединен с первым выводом вторичной обмотки разделительного трансформа-,60 тора, второй вывод которой через второй масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, тре.тий и четвертый масштабные резисторы, введены дополнительный операци- 65 онный усилитель, сумматор, дифференцирующий элемент, первый, второй и третий операторные четырехполюсники, причем второй вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора через первый операторный четы- ° рехполюсник соединен с инвертирукицим входом дополнительного операционного

1усилителя,.неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя включен второй операторный четырехполюсник, выход до" полнительнрго операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, выход операционного усилителя через третий операторный четырехполюсник и через дифференцирующий элемент соединен СООтветственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом дополнительного операционного усили- . теля, выход сумматора является выходом релейного операционного усилителя и через четвертый масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя.

На фиг ° 1 изображена функциональная схема предлагаемого усилителяу на фиг. 2 — то же, первого операторного четырехполюсника; на Фиг,3та же, второго, операторного четырехполюсника; на фиг, 4 — то же, третьего операторного четырехполюсникау на фиг, 5 и Фиг. б — временные диаграммы сигналов. устройство содержит разделительный трансформатор 1, первый 2, второй 3 и третий 4 операторные четырехполюсники, операционный усили- тель 5, первый б, второй 7, третий 8 и четвертый 9 масштабные резисторы, дополнительный операционный усилитель 10, дифференцирующий элемент 11, сумматор 12, шину 13 нулевого потенциала, вход 14 и выход 15 релейного операционного усилителя, первый 16 и второй 17 масштабные резисторы, первый 10 и вто" рой 19 фильтрующие конденсаторы первого операторного четырехполюсника 2, первый 20, второй 21 и третий 22 масштабные резисторы, первый

23 н второй 24 стабилитроны второго операторного четырехполюсника 3, первый 25, второй 26 и.третий 27 масштабные резисторы третьего операторного четырехполюсника 4.

Релейный операционный усилитель работает следующим образом.

Дополнительный операционный усиЛитель 10 С первым и вторым опера" торными четырехполюсниками 2 и 3

1070567 предназначен для масштабного преоб-. разования и инвертирования сигнала на втором масштабном резисторе 7 (фиг. 5) . Операционный усилитель 5 представляет собой регенеративный компаратор с положительной обратной связью через первый масштабный резистор б.

Пороги переключения регенеративного компаратора (фиг 56, прямые) определяются соотношением сопротивлений первого и третьего масштабных резисторов 6 и 8 и симметричны отно сительно нулевого уровня. Выходной (сигнал операционного усилителя 5 (фиг. 5е) неизменен по амплитуде и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания, При отсутствии сигнала на входе

14 перемагничивание разделительного трансформатора 1 осуществляется током, протекающим через его вторичную обмотку, В момент насыщения разделительного трансформатора 1 .на втором масштабном резисторе 7 возникает импульс напряжения (фиг, 5a), который инвертируется дополнительным операционным усилителем 10 (фиг. 56) и приводит к переключению операционного усилителя 5 (фиг. 5 ., После изменения знака сигнала (фиг. 5е) начинается перемагничивание, разделительного трансформатора 1, которое длится до момента возникновения броска тока во вторичной обмотке и очередного. переключения операционного усилителя 5. В даль-. нейшем процесс периодически повторяется. Амплитуда импульсной составляющей выходного сигнала допол.нительного операционного усилителя

10 определяется порогами переключения операционного усилителя 5. (фиг, 56), а переменная составляющая сигнала пропорциональна току холостого хода разделительного трансформатора 1. сигнал на выходе 15 (фиг. 54 )имеет низкий уровень пульсаций.

При наличии сигнала на входе 14 перемагничивание разделительного трансформатора 1 в один иэ полупе5 риодов выходного сигнала операционного усилителя 5 осуществляется под воздействием разности токов первичной и вторичной обмоток, а в другой полупериод - под воздействием

)p суммы токов. Это приводит к измеиению скважности импульсов выходного сигнала операционного. усилителя 5 (фиг . бг), среднее значение которых устанавливается пропорциональным уровню входного сигнала.

Постоянная составляющая выходного .сигнала операционного усилителя 5 приводит к вертикальному смещению сигналов на втором масштабном ре- зисторе 7 (фиг. ба) и на выходе до полнительного операционного усили- теля 10 (фиг. б б) относительно нулевого уровня.

С помощью третьего операторного четырехполюсника 4 амплитуда сигна" ла уменьшается до величины (фиг. 5. г) равной амплитуде переменной составляющей сигнала (фиг, 56) . В сумматоре 12 эти сигналы взаимно компенсируются, для частичного подавления импульсной составляющей выходного сигнала дополнительного операционного усилителя 10 служит диффереицирующий элемент 11, с помощью которого дифференцируется и инвертируется. Коэффициент передачи дифференцирующего элемента ll выбирается таким, чтобы сигнал на его выходе (фиг. 5b),соответствовал амплитуде импульсной соетавляющей выходного сигнала дополнительного операционного усилителя 10. Й результате

Пороги переключения операционного усилителя 5 определяют зону ограничения статической характеристики релейного операционного усилителя.

Поэтому для получения наибоЛьшего динамического диапазона входного

ЗО сигнала пороги переключения желательно выбирать максимальными.

С другой стороны, увеличение порогов ведет к росту погрешности работы, так как при вертикальном сме35 щении сигнала (фиг. 56) амплитуда положительного импульса увеличива.ется, а отрицательного - уменьшается. В результате возникает мультипликативный дрейф нуля выходного

4() сигнала автоколебательнбго усилителя

Этот недостаток устраняется sa счет подключения выхода сумматора 12 через четвертый масштабный резистор 9 к неинвертирующему входу опе45.рационного Усилителя 5.

Наиличие сигнала на выходе сумматора 12 приводит к смещению зоны. неоднозначности операционного усилителя 5 (фиг. бв, прямые). В результате этого амплитуды положительного и отрицательного импульсов уравниваются и дрейфовая ошибка . уменьшается. В сумматоре 12 выходные сигналы дополнительного операционного усилителя 10 (фиг. бв) и

55 третьего операторного четырехполюсника 4 (фиг. ба) суммируются что обеспечивает подавление пульсаций на выходе 15 (фиг. бе) .

Предлагаемый релейный операцион60 ный усилитель по сравнению с известным обладает повышенной точностью работы благодаря уменьшению уровня пульсации и импульсных помех в выходном сигнале, а также уменьшению

65 дрейфа нуля °

1070567

Pui. Р рис, б

ВНИИХИ Заказ 11684/47 Тираж 699 . Подписное

° еф ее

Филиал, ППП "Патейт", г. Ужгород, ул.Проектная,4