Развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем

 

РАЗВЕРТЫВАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТРОЛЕМ, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является входом операционного усилителя, соединенные последовательно первый делитель частоты, первый пропйрцнонально-дифференцирующий блок, первый выпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенные последовательно второй делитель частоты, второй пропорционально-дифференцирующий блок, второй выпрямитель, выход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого является выходом операционного усилителя, третий пропорционально-дифференцирующий блок, второй сумматор, первый вход которого является дополнительным входом операционного усилителя , отличающийся тем, что, с целью повьипения быстродействия диагностирования, в него введены ключевой элемент с зоной нечувствительности, третий вьтрямитель , соединенные последовательно дополнительный интегратор и дополнительньй релейный элемент, причем выход дополнительного релейного элемента подключен к второму входу (Л С второго сумматора, выход интегратора соединен с входом ключевого элемента с зоной нечувствительности, г выход которого подключен к входу третьего выпрямителя, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, выход дополнитель4 СП ного релейного элемента через третий пропорционально-дифференцирующий СО блок подключен к входу второго делиел теля частоты и к дополнительному входу релейного элемента, выход которого соединен с входом первого делителя частоты и с входом ключа.

„„SU „,1145350

СОЮЗ СОЯЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ КСПУЬЛИН (5 1С 06 G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВ ГОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЬЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ КУНИЙ И ОтНЕЫтИй (21) 3682050/24-24 (22) 30.12.83 (46) 15.03.85. Бюл. В.10 (72). Л.И. Цытович (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 681.335(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 515117, кл. G 06 G 7/12, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3613835/24, кл. С 06 С 7/16, 1983 (прототип). (54) (57) РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ

УСИЛИТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЬМ КОНТРОЛЕМ, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к первому входу первого сум- . матора, второй вход которого является входом операционного усилителя, соединенные последовательно первый делитель частоты, первый пропЬрционально-дифференцирующий блок, первый выпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенные последовательно второй делитель частоты, второй пропорцио1 нально-днфференцирующий блок, второй выпрямитель, выход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого является выходом операционного усилителя, третий пропорционально-дифференцидующий блок, второй сумматор, первый вход которого является дополнительным входом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия диагностирования, в него введены ключевой элемент с зоной нечувствительности, третий выпрямитель, соединенные последовательно дополнительный интегратор и дополнительный релейный элемент, причем выход дополнительного релейного е 1 элемента подключен к второму входу второго сумматора, выход интегратора соединен с входом ключевого элемента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу третьего выпрямителя, выход которо

ro соединен с третьим входом второго сумматора, выход дополнительного релейного элемента через третий пропорционально-дифференцирующий блок подключен к входу второго делителя частоты и к дополнительному входу релейного элемента, выход которого соединен с входом первого де-, лителя частоты и с входом ключа.

114535О

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

Известен развертывающий операционный усилитель, содержащий сумматор„ интегратор,. релейныи элемент f1 3.

Однако указанное устройство обладает низкой надежностью работы (вслед-10 ствие невозможности определить неисправность во время работы).

Наиболее близким к предложенному является развертывающий операционный усилитель с непрерывньп» контролем, входящий в состав множительного устройства, которое содержит сое диненные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, амплитудный модулятор„, ключ. выход,"(! которого рвляется выходом устройства, выход релейного элемента подключен к первому вхбду первого сумматора, второй вход которого является входом первого сигнала-сомножителя„ 25 выход амплитудного модулятора через соединенные последовательно первый делитель частоты,, первый прадарциональна-дифференцирующий блок и первый выпрямитель подключен к перваь::у входу элемента И, выход котарага сое- динен с управля»ощим входом ключа., выход релейного элемента через соединенные последснательно элемент НК., второй пропорционально-дифференцирующий блок, второй делитепь частоты, тРетий пРапоРЦиа»jPJII-.F»o ДиффеРенцирующий блок 1» второй вь»прямитель подключен к втором входу элемента И, выход второго пропорционально-дифференцирующего блока подключен к первому входу второго су»ыатора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя,. выход второго сумматора соединен с вторым входом амплитудного модулятора (2 1.

Недостаток данного устройства обусловлен невысоким быстродействием ,диагностирования.

Цель изобретения — павьппение быст-50 радействия диагностирования.

Для достижения цели в известный развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем,, садерЯ жащий соединенные послецовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого падкшонен к первому входу первого сумматора, второй »зход которого является входам Операционного усилителя, соединенные последовательно первый дели. тель частоты, первый пропорпионально-дифференцируощий блок. первый выпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И, с Оеднне»»ные паследова тельно !!тарой делитель частоты, второй прапарпионально-дифференцирующий блок., втбрсй выпрямитель, выход которого подк»ночен к второму входу элемента И, выход котарага соединен с управляю,щим входом ключа, выход которого является выходом операционного усилителя, трет»»й пропорциональна- цифферепцирующий блск„ второй сумма-.ог,, ПЕРВЫЙ ВХОД КОТОРОГО ЯВЛЯЕТСЯ ДОПОЛ11ИТЕЛЬНЫМ НХОДОМ ОПЕРаЦИОННОГО УСИЛИ тЕЛЯ., ВВЕДЕНЫ Кл»О«»Е»ЗО» ЭЛЕМЕНТ С ЗО-нац нечувствит<-:льнасти третий вы»гоя11и г: JLL со дине»п»ы паследовэ тель1»о дополнительный интегратор и дополнительный зелейный элемент причем: выход †..ополнительного релейного элеL1PFL j jI IIÎOцКЗПОЧ - Н К ВТОРОМУ вхадУ BVQ рого су«»матара,, выход интегратора

ССЕцннан С. ВХОНСМ КЛЮЧЕВапо -.JjÅÌPI»òà

:.Оной не«„-«111, . виз ельнасти выход 1»о-; я араг=; :сдклво."-;.e:I -к»;-IojIó трет!- его выпрям- 1-,еля »з.; †:,.-,p кс". -араго соединеп с трстьим входом HTQpoI" o сум Iа тОра БыхОд да11ОТ1нительнОго релеинО" го э»»е" 1е лта ", j-"= 3 1 Ре тий ЛРОЛ Оп»!ио"

".аз.ьна дифферене1ирую1чий блОк

LIPS «EK>«I П ««В O g «37OPOI О ДР11ИТ ЛЯ

-а; Оть; и 1!ОНО IFi»»тельно»пт входу релейногс элемен. а. выход которого соединен с входом т»ервага делителя -астоты и входом ключа, На фнг. 1 изображена функциональная схема предложенного развертывающега операционного ус èëèòåëÿ с непрерывным контролем; на фиг. 2-4 временные диа»раммы сигналов.

Схема вклочает первьп» сумматор 1,. интегратор 2, релейный элемент 3, к»ночевой элемент 4 с зоной нечувствительности, первый и второй дели тели 5 и б частоты„ второй сумматор

/„ первый, торой и третий пропорционально-дифференцирующие блоки

8.9 и 10„ первь»й, второй и третий выпрямители 11, 12 и 13, да»толнительный интегратор 14, даполнительньп», елейный элемент 15, элемент И 16, ключ 17, вход 18, дополнительный вход 19 и выход 2О.

1145350

Разверть»эаю>ций операционный усилитель работает следуюшим образом.

Первый сумматор I, инте -ратср 2 и релейный элемент 3 образуют основной автскслебательный каскад с широт— но-частотно-импульсной мслуляцией.

Релейный элемент 3 тупеет симмет— ричные относительно пу>Тевсгс уровня порога переключения <В. Его Выходной сигнал неизменен пс модуля амплитудь и меняется только по знаку В пределах, определяемых напряжением источника питания.

При нулевом значении сигнала управлен»Я с входа >8 (фиг, 2 е) Выходной сигнал интегра,ора 2 (фиг.2=>) имеет форму симметричной относительно нулевого уровня пилы, а постоянная составляющая сигнала на выходе релейного элемента 3 (фиг„2>) за периОД аВтОкслебаний Т paa ia нулю, Наличие сигнала управления (фиг 26) влечет за собой увеличение периода автсколебаний и измене.Ние скважнссти импульсов на Выходе релейного элемента 3 (фиг. 2 .). При этом за период а>этскслебан>ий и: стоянная сОстаВляюшая >& пульсов уi танав" ливается прспсрционал -.:.;Ой уровню

Входного сигнала.

Диагностирование рабстсспсссбнос— ти сснсвнсгс автсколебательнсгс êàñкада производится с помощь>о и -p=-сгс делителя 5 частоты, первого пропорционально-дифференцирующегс блока 8 и первого выпрямителя ">1.

Первый делитель 5 частоты преобразует выходной сигнал релейнсгс элемента 3 (фиг. 2a) в импульсы

В >> типа Иеандр со средним нулевым значением (фиг. 2 в) .

Первый пропорционально-дифференцирующий блок 8 передает переменную составляющую сигнала (фиг, 25) на вход первого выпрямителя 11 с минимальными искажениями (фиг. 2 ->.).

В блоке 8 импульсы выпрямляются (фиг. 2>.) и фильтруются (фиг, 23), Таким образом формируется сигнал логической "1", свид тельствующий о нормальной работоспособности Основногс автсколебатепьногс каскада.

Второй делитель 6 ->астоть>, второй пропорционально-дифференцирующкй блок 9 и второй выпрямитель 12 служат для диагностирования тракта,. выполняющеГО функцию синхронизации и с се.гс»эщегс и=> клк>чево го элемента

4 с зоной не .увствительнссти, третьего Вь>прямнтеля 13, второго сумматора 7, дополнительного интегратора 1 >, дополнительного релейного элем:я".-» 15 и третьего пропорционал>-, .>О-диффeрe>эцирyющerс блока, 10.

Ю>ючевой элемент 4 имеет зону нечувствительности С, которая превышает =,îíó неоднозначности + В релейного элсмента 3. Поэтому, когда сигнал на Выходе интегратора 2 имеет ам литуду, не превышающую уровень .

+Ñ, выходное напряжение ключевого элемента 4 с зоной нечувствительности и третьего выпрямителя 13 равно нулю.

Еаскад, состоящий из второго сумматора 7, дополнительного интегратора 14 и дополнительного релейного элемента 15, представляет собой дополнительный каскад с автоколебанием с частотно-широтно-импульсной модуляцией.

С помощью источника опорного >напряжения,.подключаемого к дополнительному входу 19, устанавливается скан,к ость ВыхОдных импулbcoB ДОпОл.— нител вЂ; †.Нo,с релейного элемента 15, orïè--.нгя от величины 0,5 (фиг. 2 е), 3

+ причсм г (Тд. При этом частота 1/Т е автсколсбаний должна выбираться выше частоты следования импульсов на

ВыхО,ip реле>>ного элемента 3 °

С помощью третьего пропорциональ35 . >,. нс-диф еренцирующего блока 10 осущес Вляется формирование импульсов малой длительности (фиг. 2 ), возникающих синхронно с моментами времени переключения дополнительного релейно40 го элемента 15 (фиг. 2е).

Наличие сигналов логическая "1 на выходах первого и второго выпрямИтелей 11 и t2 обеспечивает нулевой уровень напряжения на выходе элемента И 1б типа "2И-НЕ" (фиг. 2л), С целью повышения быстродействия .диагностирования работоспособности каналов преобразования сигнала управ5О ления выход третьего пропорционально-дифференцирующего блока 10 подключен к допогнительному входу 21 релейного элемента 3.

Гассмотрим диаграммы сигналов

55 на фиг. 3, полагая, что принудительное переключение релейного элемента

3 происходит при наличии на его дополнительном входе импульса, поляр! 145350 ность которого совпадает с полярностью сигнала ка выходе релейного элемента 3.

При выбранной частоте автоколебаний (полосе пропускакия) и отсутствии сйгнала синхронизации ка дополнительном входе релейного элемента 3 траектория движения развертки. на Bbfx0де интегратора 2 соответствовала бы циклам t и t сигнала, изображенно1 го на фиг. 3а пунктирной линией.

Однако в момент времени t на дополнительный вход релейного элемен-: та 3 поступает импульс с выхода третьего пропорциокально-дифференцирующего блока 1О (фиг. 36), который приводит к принудительному переклю чению релейного элемента 3 (фиг.Зс ).

Это вызывает изменение знака сигнала на его выходе и смену направления 20 развертывающего преобразования. В

° 1 результате циклы t< (< с и и и и (фиг. 3a), так как частота автоколебаний дополнительного каскада намного превышает частоту следования им-, 25 пульсов на выходе релейного элемента 3. Последующие переключения релейного элемента 3 происходят в моменты времени t, t, и (фиг.За,S), У что приводит к уменьшекйю амплитуды сигнала развертки на выходе интегра-. тора 2 и росту частоты импульсов на выходе релейного элемента 3, статическое состояние, а выходное :апряжекие второвс пропарциокалько55 дифферекцирующето блока 9 и второго

,выпрямителя 9 уменьшается дс куля, Это влечет за собой формирование на выходе элемента И 16 сигнала

Предположим, что s момент време ни и полярность сигнала на входе 18

Ь ,изменилась на противоположную (фиг. 3e). Тогда, начиная с момента времени t (фиг. 36), релейный элемент 3 переключается импульсами положительной полярности (моменты времени t<-tII}. Поэтому траектория выходного сигнала интегратора 2 (фиг. За) пролегает вблизи "положительно" пброга переключения + В релейного элемента 3.

В результате частота импульсов на выходе релейного элемента 3 возрастает без изменения постоянной времени Т интегратора 2 и зоны не1 однозначности i В релейного элемента.З . Это способствует сохранению требуемой степени помехоустойчивости, которая определяется параметрами

Т„ и В, а также позволяет уменьшить постоянную времени первого пропорционально-дифференцируюцего блока 8.

Последнее оказывается возможным благодаря увеличению частоты импульсов ка выходе первого делителя 5 часто— ты (фиг. 3 I), Таким Образом, обеспечение синхронирующего сигнала позволяет увеличить быстродействие диагностирования за счет уменьшения постоянной времени первого пропорционально-дифферекцирующего блока 8 и сохранить кеизмеккой помехоустойчивость,.

Таким образом, несмотря ка факт принудительного переключения релеи-" ного элемента 3, постоянная составляющая егo выходных импульсов сохраняет ся неизменной и пропорцискалькой. величине сигнала управления.

Предположк, что в момент времени (фиг. 4e) основной автоколебательный каскад Оказался неработоспособHbM, Тогда. независимо от причин неработоспособности выходной сигнал интегратора 2 ".велич.=,кается,, стре13 мясь достигнуть эоны "касицекия . В момент времени й" (фиг. 4а) на выходе кличек Io элемента ч с зоной нечувствительности появляется импульс напряжения (фиг. А }, который выпрямляется .фиг„ 4 ) Яд:плит- где сигнала ка выходе инт" .Ã ра агоре 2 вьгбирается такой, чтОбы IpI еГО вОз-действии ка вход второго с, "1матора

7 в дополнительном автоколебательком каскаде произош-;. бы срыв режкка автоколебаннй.

Учитывая „ . To пел Йкые

3 и 15 переходят в статическое состояние, сиг:-:.алы ка выходе делителей

5 и 6 .частоты также .фиксируются по уровню (фиг, М Б). Это влече-: за собой появление ка выходах первого

H вторОгО выпрямителей )1 и I2 сигнала логический 0 . В результате на выходе элемента И 6 формируется сигнал логическая 1 ", под действием. которого ключ 17 размыкается, Предположим что неисправность возникает в тракте формирования сигнала синхронизации,, В этом случае сигнал ка выходе I третьего гропорциокалько-дифференцирующего блока 10 равен нулю, второй делитель 6 частоты переходит в

1145350

Фи?.2 логическая "1" и отключение выхода релейного элемента 3 от выхода 20.

Таким образом, практически любая неисправность влечет за собой отключение релейного элемента 3 от выхода 20.

По сравнению с устройствомпрототипом в предложенном развертывающем операциОнном усилителе обеспечивается быстродействующее диагностирование неисправности.

1145350

Фиг. 4

1ИИПН Заказ 1173/36 ТиРаж 710 ПО свое

У В

Ощоеав EEf датавт ., г. увговод,ув.йроехтаав, е