Развертывающий операционный усилитель

 

РАЗВЕРТЫВАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегра- , тор, релейный элемент и первый делитель частоты, выход релейного элемента подключен к первому входу сумматора , второй вход которого является входом релейного операционного усилителя , второй делитель частоты, первый и второй демодуляторы, ключ, выход которого является выходом релейного операционного усилителя, ключевой элемент с зоной нечувствительности , отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости , в него введены (, элемент задержки, элемент И-НЕ, дополнительный ключ, первый, второй и .третий дифференцирующие элементы., причем выход первого делителя частоты череэ первый дифференцирующий элемент подключен к входу первого демодулятора, выход второго делителя частоты череэ (второй дифференцирукндий элемент соединен с входом второго демодулятора, выход релейного элемента через фильтр1 подключен к входу первого ключа и входу третьего дифференцирующего элемента , выход которого соед1шен с входом второго делителя частоты, второй (Л вход сумматора подключен к входу ключевого элемента с зоной нечувствительности , выход которого подключен к входу элемента задержки, и 1ходы первого и второго демодуляторов соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого череэ дополнительный ключ ;о подключен к управляющему входу первого ключа, выход элемента эадержки соединен с управлянщим входом дополнительного ключа.

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

IWINX

09) (11) А

З)59 G 06 С 7 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f . .ъ) о. lГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 ) ) 3539223/13-24 (22) 10. 01. 83 (46) 07. 05. 84. Бюл. 9. 17 (72) Л.И. Цытович, В.П. Цытовнч и Н.Н. Кириллова (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 684. 335 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 769556, кл. G 06 С 7/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 862149, кл. G 06 G 7/12, 1980 (прототип). (54) (57) РАЗ ВЕРТЪ)ВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОН)БИ

УСИЛИТЕЛЪ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, репейный элемент и первый делитель частоты, выход релейного элемента подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является входом релейного операционного усили-. теля, второй делитель частоты, первый и второй демодуляторы, ключ, выход которого является выходом релейного операционного усилителя, ключевой элемент с зоной нечувствительности, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчи- вости, в него введены фильтр, элемент задержки, элемент И-НЕ, дополнительный ключ, первый, второй и,третий дифференцирующие элементы, причем выход первого делителя частоты через первый дифференцирующий элемент подключен к входу первого демодулятора, выход второго делителя частоты через

1второй дифференцирующий элемент соединен с входом второго деьюдулятора, выход релейного элемента через фильтр подключен к входу первого ключа и входу третьего дифференцирующего элемента, выход которого соединен с вхо- ® дом второго делителя частоты, второй вход сумматора подключен к входу ключевого элемента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу элемента задержки, выходы пер- а вого и второго демодуляторов соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого через дополнительный ключ подключен к управляющему входу первого ключа, выход элемента задержки соединен с управляющим входом дополнительного ключа.

1091178

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных . »ашинах.

Известен релейный операционный усилитель, содержащий -интегратор, релейньп» элемент, сумма ор, амплитудный модулятор и дополнительный

1О релейньп» элемент 1 .

Однако данный усилитель характеризуется низкой помехоустойчивостью.

Наиболее близким к предлагаемому является релейный операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, первый релейный элемент, первый усилитель частоты, первый демодулятор

20 и второй релейньп» элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход первого релейного элемента

25 соединен с первым входом первого переключателя и входом третьего релей»»ого эЛемента, выход которого через соединенные последовательно второй делитель частоты, второй демодулятор и четвертый релейный элемент подклю- 30 чен к управляющему входу второго переключателя, выход которого соединен с вторым входом первого переключателя и входом ключа, выход которого является выходом усилителя, первый и второй входь» второго переключателя соединены соответственно с выходами первого и третьего релейных элементов (21 .

Известный усилитель также обладает низкой помехоустойчивостью.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости усилителя.

Поставленная цель достигается 45 тем, что в развертывающий операцион.ный усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент и первый дели.тель частоты, выход релейного элемента подключен к первому входу сумг матора, второй вход которого является входом релейного операционного усилителя, второй делитель частоты, первый и второй демодуляторы, ключ, 55 выход которого является выходом релейного операционного усилителя, ключевой элемент с зоной нечувствительности, введены фильтр, элемент задержки, элемент И-НЕ, дополнительный ключ, первьп», второй и третий дифференцирующие элемейты, причем выход первого делителя частоты через первый дифференцирующий элемент подключен к входу первого демодулятора, выход второго делителя частоты через второй дифференцирующий элемент соединен с входом второго демодулятора, выход релейного элемента через фильтр подключен к входу первого ключа и входу третьего дифференцирующего элемента, выход которого соединен. с входом второго делителя частоты, второй вход сумматора подключен к входу ключевого элемента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу элемента задержки, выходы первого и второго демодуляторов соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого через дополнительньп» ключ подключен к управляющему входу первого ключа, выход элемента задержки соединен с управляющим входом дополнительного ключа.

На фиг. 1 изображена функциональ-. ная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы сигналов, действующих в усилителе.

Усилитель содержит сумматор 1, интегратор 2, релейный элемент 3, фильтр 4, первый, второй и третий дифференцирующие элементы 5, 6 и 7 первый и второй делители 8 и 9 частоты, первый и второй демодуляторы

1О и 11, ключевой элемент 12 с зоной нечувствительности, элемент 13 задержки, элемент И-НЕ 14, ключ 15, дополнительный ключ 16, вход !7 и выход 18.

Развертывающий усилитель работает следующим образом.

Сумматор 1, интегратор 2 и релейный элемент 3 образуют частотно-широтно-импульсный каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний.

Релейньп» элемент 3 имеет симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения. Выходной сигнал релейного элемента 3 не изменен по модулю амплитуды и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания.

При отсутствии сигнала на входе

17 сигнал развертки на выходе интегратора 2 имеет форму симметричной

"пилы" (фиг. 2а), амплитуда которой

109! 78 ограничена величиной порогов переключения релейного элемента 3.

Наличие управляющего воздействия на входе 17 приводит к изменению производной,.выхолиого сигнала интегратора 2 (фиг. 2. ). В интервале времени несовпадения знаков выходного напряжения релейного эл мента 3 и напряжения с входа 17 скорость изменения выходного сигнала интегратора

2 зависит от разности токов входного и обратной связи, а в интервале совпадения знаков напряжений на входе и выходе — от суммы указанных токов.

В результате постоянная составляющая импульсов на выходе релейного элемента 3 устанавливается пропорциональной амплитуд входного воздействия.

Фильтр 4 служит для выделения постояньой составляющей выходного сигнала релейного элемента 3 (фиг. 2в).

С помощью первого усилителя 8 частоты выходной сигнал релейного элемента 3 (фиг. 2в) преобразуется в импульсы типа "меандр" со средним нулевым значением (фиг. 2г) и периодом, в 2 раза превышающим период автоколебаний.

Первый дифференцирующий элемент 5 имеет бесконечно малый коэффициент передачи для сигнала постоянного уровня. Коэффициент передачи практически равен единице для переменной составляющей выходного сигнала первого делителя 8 частоты (фиг. 2д).

С помощью первого демодулятора

10 выходной сигнал первого дифференцирующего элемента 5 выпрямляется и фильтруется (фиг. 2е).

Третий дифференцирующий элемент

7 предназначен для дифференцирования пульсаций выходного сигнала фильтра

4 (фиг. 2в, ж), наличие которых свидетельствует о нормальной работоспособности фильтра 4.

Таким образом, наличие сигналов логической "1" на выходах первого и второго демодуляторов 10 и 11 свидетельствует о нормальной работоспособности основного тракта преобразования. В этом случае выходной сигнал элемента И-HE 14 равен нулю и нагрузка через нормально закрытый контакт ключа 15 соединена с выходом фильтра 4.

При неработоспособности автоколебательного каскада сигналы на выходах первого и второго демодуляторов кая помехоустойчивость. Так, например, при воздействии на вход низкочастотной помехи автоколебания в нем прекращаются, а период следования

25 выходных импульсов релейного элемента 3 соответствует периоду сигнала помехи, т.е. устройство синхронизируется с частотой внешнего периодического воздействия. Такой режим ра5 !

О !

20

10 и ll принимают уровень логичесII II кого 0 и под воздействием выходного напряжения элемента И- НЕ 1 4 ключ

1 5 переходит в разомкнутое состояние, отключая т ем самым выход о т цепи нагрузки .

Если автоколе б ат ельный каскад является - работоспособным, а фильтр

4 вышел и з строя, то сигнал н а выходе третьего диффере нцирующе го элемента 7 равен нулю, что вызывает появление на выходе второго демодулятора 1 l также сигнала логического

"0 " . В результате на выходе элеме нт а И-НЕ 1 4 формируется сн гн ал логической " и выход 1 8 отключается от нагрузки несмотря на р аботоспособно ст ь автокол ебат ельно го каскада .

К числу основных недостатков известно го усилителя относится е го ни з" боты может вызвать периодическое уменьшение выходного сигнала первого и второго демодуляторов 10 и 11 до уровня логического "0" и отключение работоспособного усилителя от цепи нагрузки. Кроме того, в пускотормозных режимах работы ряда объектов регулирования на входе регуляторов системы управления возникают рассогласования, амплитуда которых превышает допустимое значение входного сигнала. Это вызывает срыв режима автоколебаний, что влечет за собой разрыв в выходной цепи.

Предположим, что (фиг. За) амплитуда сигнала с входа 17 увеличилась скачком до уровня, превышающего величину допустимого входного сигнала.

Тогда выходной сигнал интегратора 2 увеличивается по модулю амплитуды и может достичь эоны насыщения статической характеристики (фиг. Зб). Это влечет за собой резкое увеличение длительности импульса на выходе релейного элемента 3 .

Резкое увеличение длительности выходньм импульсов релейного элемента 3 вызывает уменьшение уровня сигнала на выходах первого и второго де1091178 модуляторов IO и 11 (фиг. Зв). 11ри выходном сигнале первого демодулятора 10 равном нулю (фиг. Зв) срабатывает ключ 15 и выход 18 находится в разомкнутом состоянии, что может 5 оказаться недопустимым с точки зрения нормальной работоспособности системы управления или объекта Регулирования.

Для устранения указанного недостат ка введены элемент 13 задержки и дополнительный ключ 16.

Ключевой элемент 12 имеет зону нечувствительности (фиг. 3a). Выходной сигнал ключевого элемента 12 имеет положительный знак независимо от знака сигнала на входе 17. В момент времени фиг. За) на выходах ключевого элемента 12 и элемента 13 задержки появляется сигнал логической "1"

{фнг. 3r, д), под воздействием которого дополнительный ключ 16 размыкается, препятствуя тем самым срабатыванию ключа 15. При уменьшении амплитуды сигнала на входе 17 ключевой элемент 12 с зоной нечувствительности переходит в разомкнутое состояние

Ф и сигнал на его выходе принимает значение логического "0" (фиг. 3r), Однако выходной сигнал элемента 13 задержки продолжает в течение времени (фиг. Зд) оставаться равным логической "1". Длительность задержки выбирается из расчета времени воз; никновения автоколебаний и увеличения уровня выходного сигнала первого и второго демодуляторов 10 и 11 (фиг. Зв) до значения логической "1".

При нулевом сигнале на выходе эле" мента 13 задержки (фиг. Зд) дополнительный ключ 16 переходит в исходное замкнутое состояние.

Таким образом, предлагаемый развертывающий операционный усилитель обладает более высокой помехоустойчивостью при воздействии íà его вход сигналов помех, амплитуда которых превышает величину линейного участка его статической характеристики.

l09ll78

1091178

Составитель О. Отраднов

Редактор М. Рачкулинец ТехредА.Ач Корректор А.Дэятко

Закаэ 3082/46 Тираж 699 Подписное

В1П61ПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4