Развертывающий операционный усилитель

 

РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого яв- . ляется выходом развертывающего опдрационного усилителя и подключен к первому входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены первый и второй делители частоты и дополнительные сумматор, интегратор и первый, второй и третий дополнительные релейные элементы, причем входы первого, и второго дополнительных релейных элементов соединены и являются входом развертывающего операционного усилителя, выход первого дополнительного релейного элемента соединен с вторым входом сумматора и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к третьему входу сумматора, выход второго релейного элемента соединен с вторым входом первого дополнительного релейного элемента, с входом второго делителя частоты и с первым входом дополнительного сумматора,выход которого через дополнительный интегратор подключен к входу третьего релейного элемента, выход которого является дополнительным выходом развертывающего операционного усилителя и соедш ен с вторым входом дополнительного сумматора, третий вход О которого подключен к выходу второго де00 лителя частоты. 00

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1088014

3 )) G Об G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 354! 360/18-24 (22) )4.01.83 (46) 23.04,84. Бюл. У )5 (72) Л.И.Цытович (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (53) 681.335(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 515!17, кл. G 06 G 7/12, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 656042 кл. G 06 С 7/12, 1977 (прототип). (54)(57) РАзвеРтъ)вА)ощип опкРАционный

УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя и подключен к первому входу сумматора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, s него введены первый и второй делители частоты и дополнительные сумматор, интегратор и первый, второй и третий донолнительные релейные элементы, причем входы первого, и второго дополнительных релейных элементов соединены и являются входом развертывающего операционного усилителя, выход первого дополнительного релейного элемента соединен с вторым входом сумматора и с входом" первого делителя частоты, выход которого подключен к третьему входу сумматора, выход второго релейного элемента соединен с вторым входом первого дополнительного релейного элемента, с входом второго делителя частоты и с первым входом дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный интегратор подключен к входу третьего релейного элемента, выход которого является дополнительно выходом развертывающего операционного усилителя и соединен с вторым входом дополнительного сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго де.лителя частоты.

1088014

Изобрете не относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. 5

Известен развертывающий операционный усилитель, который содержит соединенные последовательно интегратор и релейный элемент, ключевой пороговый элемент t 1 3. I0

Однако это устройство обладает низкой помехоустойчивостью.

Наиболее близким к предлагаемому является развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные !5 последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя и подключен к первому входу сумматора, второй 20 вход которого является основным входом развертывающего операционного усилителя, к третьему входу сумматора подключен выход фильтра высокой частоты, вход которого соединен с вы-25 ходом амплитудного модулятора, первый вход которого подключен к выходу генератора прямоугольного напряжения, второй вход амплитудного модулятора является дополнительным входом развертывающего операционного усилителя (2 g.

Однако известный операционный усилитель характеризуется низкой помехоустойчивостью.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.

С этой целью в развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, вьжод которого является выходом развертывающего операционного усилителя и подключен к первому входу сумматора, введены первый и второй 45

I делит ели ч а с то ты и доп олни тельные сумматор, интегратор и первый, второй и третий дополнительные релейные элементы, причем входы первого и второго дополнительных репейных 50 элементов соединены и являются входом развертывающего операционного усилителя, выход первого дополнительного релейного элемента соединен со вторым входом сумматора и со вхо- 55 дом первого делителя частоты, выход которого подключен к третьему входу сумматора, вьжод второго релейного элемента соединен со вторым входом первого дополнительного релейного элемента, со входом второго делителя частоты и с первым входом дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный интегратор подключен ко входу третьего релейного элемента, выход которого является дополнительным выходсм развертывающего операционного усилителя и соедипен со вторым входом дополнительного сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго делителя частоты.

На фиг.1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы сигналов.

Усилитель содержит первый и второй дополнительные релейные элементы I и 2, первый и второй делители частоты 3 и 4, сумматор 5, дополнительный сумматор 6, интегратор 7, дополнительный интегратор 8, релейный элемент 9, третий дополнительный релейный элемент 10 вход 11 выход

12 и дополнительный выход 13 развер" тывающего операционного усилителя.

:Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Сигнал со входа II (фиг.2о) представляет собой сумму двух широтно-импульсных сигналов, один иэ которых модулирован по амплитуде вторым широтно-импульсным воздействием. Функции развертывающего операционного усилителя заключаются в разделении суммарного сигнала со входа 11 на составляющие его широтно-импульсные носители с последующим их операционным преобразованием в вид, удобный для цифровой обработки информации.

Выходной сигнал релейного элемента 9, первого, второго и третьего дополнительных релейных элементов 1, 2 и 10 неизменен по модулю амплитуды и изменяется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания.

Релейный элемент 9 и третий дополнительный релейный элемент 10 имеют симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения. Второй дополнительный релейный элемент

2 обладает нулевым значением порогов переключения. Первый дополнительный релейный элемент 1 при отсутствии сигнала на его втором входе также имеет нулевой уровень порогов срабатывания, о

I 08801 а при наличии сигнала на втором входе зона неоднозначности первого дополнительного релейного элемента 1 смещается в направлении, соответствующем знаку воздействия на его втором входе.

Восстановление основного (ведущего) широтно-импульсного носителя информации осуществляется с помощью второго дополнительного релейного !о элемента 2 (фиг. 2 б ) и происходит в моменты времени .1, t:2 ...t-„, перехода сигнала со входа 11 (фиг.2a) через нулевой Уровень, Синхронно с моментом времени изменения знака выходного сигнала второго дополнительного релейного элемента 2 происходит "вертикальное" смещение порогов переключения первого дополнительного релейного элемента 1. При положительной полярности импульса на . выходе второго дополнительно релей- ного элемента 2 (фиг. 26) порог срабатывания первого дополнительного ре" лейного элемента 1 смещается в положительном направлении (фиг.2В) до величины, при которой управление моментами переключения первого дополнительного релейного элемента 1 происходит с помощью второго широтно-импульс- зо ного носителя, модулирующего ведущий носитель по амплитуде (фиг.2с1). При изменении знака сигнала с входа 11 пороговый уровень первого дополнительного релейного элемента 1 смещается

35 в "отрицательном" направлении (фиг.2В), что позволяет восстановить второй широтно-импульсный носитель, модулирующий по амплитуде "отрицательный" импульс основного носителя входной ин40 формации. В дальнейшем процесс периодически повторяется, и на выходе первого дополнительного релейного элемента 1 формируется восстановленный широтно-импульсный сигнал (фиг.2i)

45 второго носителя информации.

Принцип работы замкнутого контура, состоящего из сумматора 5, инте" гратора 7 и релейного элемента 9 в режиме собственных автоколебаний, за- Ж ключается в следующем. При отсутствии сигнала на входе 11 выходной сигнал интегратора 7 имеет форму симметричной

"пилы" (фиг.2 ), а скважность импульсов иа выходе релейного элемента 9 $5 равно 0,5, что соответствует нулевому уровню постоянной составляющей сигнала.

4

Наличие управляющего сигнала на первом входе сумматора I вызывает

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОИЗВОДНОЙ ВЫХ1-ЧНОГО СИГнала интегратора 7 (фиг.2e). При совпадении знаков сигналов входного и релейного элемента 9 скорость изменения сигнала на выходе интегратора 7 определяется суммой токов входного и обратной связи, а при несовпадении укаэанных воздействий производная выходного сигнала зависит от разности соответствующих токов. В результате постоянная составляющая выходного сигнала релейного элемента 9 устанавливается пропорциональной уровню входного воздействия.

Для обеспечения независимости интервала дискретизации выходных сигналов от управляющего воздействия в схему введены первый и второй делители частоты 3 и 4.

Выходные сигналы (фиг.36) первого и второго делителей частоты 3 и 4 представляют собой прямоугольные

11 11 разнополярные импульсы типа меандр с частотой в 2 раз меньшей, чем п частота импульсов (фиг. Зб) иа выходах первого и второго дополнительных релейных элементов 1 и 2 соответственно, где n 1, 2, 3... — коэффициент деления частоты (в дальнейшем принимаем и 1), Период выходных импульсов первого и второго делителей частоты 3 и 4 и их амплитуда выбираются таким образом, чтобы обеспечить работу в режиме вынужденной синхронизации с частотой, кратной частоте сигналов с. выходов первого и второго дополнительных релейных элементов 1 и 2.

Принцип работы в режиме вынужденной синхронизации следующий.

Полагаем, что пороги переключения релейного элемента 9 равны. нулю, а выходной сигнал первого дополнительного релейного элемента 1 равен нулю. В интервале времени й.! (фиг.Зь) сигнал с выхода интегратора 7 изменяется в "отрицательном" направлении под воздействием разности сигналов (фиг.3S,ь),так как амплитуда импульсов с выхода первого делителя Ç.частоты выбирается значительно превыааннщей величину допустимого сигнала на входе сумматора 5, когда в нем существует режим собственных автоколебаний. После изменения знака импульса с выхода первого делителя 3 частоты на входе сумматора 5 действу1088014 ет сумма "отрицательных" напряжений, и в интервале времени t2(фиг.38) выходной сигнал интегратора 7 нарастает в "положительном" направлении.

При нулевом значении сигнала на вы- 5 ходе интегратора 7 происходит переключение релейного элемента 9, что влечет за собой уменьшение в интервале времени t темпа нарастания выходного сигнала интегратора 7.

1О

После очередного изменения знака сигнала в интервале времени t на вход сумматора 5 действует сумма

"положительных" воздействий, что обеспечивает изменение направления развертывающего преобразования, В момент равенства нулю выходного сигнала интегратора 7 происходит очередное переключение релейного элемента 9. В дальнейшем процесс периодически повторяется. Учитывая, что

+ t> = t> + t+, постоянная спс1 тавляющая сигна.ча на выходе релейного элемента 9 равна нулю.

Наличие сигнала управления с выхода релейного элемента I приводит к "вертикальному" смещению выходного сигнала интегратора 7, что влечет за собой изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 30

9 (фиг.Зъ) .

В интервале времени t на вход

РОУ действует сигнал, равный сумме выходных сигналов первого дополнительного релейного элемента 1 и перво-35 го делителя 3 частоты за вычетом выходного сигнала релейного элемента

9, и сигнал на выходе интегратора 7 изменяется в "отрицательном" направленин. В интервале времени t 2, в силу изменения знака импульса на выходе первого дополнительного релейного элемента 1 (фиг.Зся), темп изменения сигнала на выходе интегратора 7 падает.

После переключения синхрониэирующего воздействия с выхода первого делителя 3 частоты (фиг.Зо) выходной сигнал интегратора 7 имеет положительный знак производной. В течение времени йм нарастание амплитуды сигнала интегратора 7 обусловлено

cóìèàðíûì воздействием сигналов (фиг.3a,б, .). Очередное переключение релейного элемента 9 происходит через время t после очередного изменения знака синхронизирующего сигнала. В дальнейшем рассмотренный процесс периодически повторяется. Постоянная составляющач импульсов на выходе релейного элемента 9 за время

Т = 2ТО соответствует уровню среднего значения выходного сигнала первого дополнительного релейного элемента 1, б

Преимуществом предлагаемого развертывающего операционного усилителя является синхронизация частоты его вынужденных колебаний с частотой преобразуемого широтно-импульсного сигнала, исключающая возможность появления в выходном сигнале ошибок замедленной дискретизации при передаче высокочастотного спектра восстановленного широтно-импульсного носителя входной информации, что говорит о повышенной помехоустойчивости

1088014!

088014

10880 l 4 . а)

c) 0

ВНИИХИ Закэа 2675/47 Хирам 699 Подписное

Филиал ППП "Патевт", r.Уагород, ул.Проектная, 4