Развертывающий операционный усилитель

 

РАЗВЕРТЬГОАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно интегратор и первый сумматор, к второму входу которого подключен выход амплитудного модулятора , соединенные последовательно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, причем первый вход четвертого сумма- , тора является первым входом развертывающего операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности в него введены операционный усилитель, масштабный резистор, функциональный преобразователь и фазоИнвертор причем выход первого сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом амлитудного модулятора, с входом цнтегратора и через масштабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и W третьего сумматоров, выход третьего сумматора подключен к выходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым, входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор 9) 9 соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧИИИХ

РЕС11УБЛИН

4(5!1 С 06 G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3574813/24-24 (22) 06.04 ° 83 (46) 07.07.85. Бюл. У 25 (72) Л.И.Пьитович, Н.Н.Кириллова и

E.Ô.Äóáð0âñêHé (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола и . Латвийский государственный территориальный институт по проектированию промышленных предприятий (53) 681.335(088.8) (56) 1 Авторское свидетельство СССР

У 756418, кл.,С .06 G 7/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

В 674040, кл. С 06 G 7/12, 1977. (прототип). (54) (57) РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно интегратор и первый сумматор, к второму входу которого подключен выход амплитудного модулятора, соединенные последовательно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, причем первый вход четвертого сумматора является первым входом развертывающего операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в него введены операционный усилитель, масштабный резистор, функциональйый преобразователь и фазоннвертор причем .выход первого сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом амлитудного модулятора, с входом интегратора и через масштабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход третьего сумматора подключен к выходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.

1166

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

Известея развертывающий операционный усилитель, содержащий операционный усилитель, релейный элемент, однонибратор,. фазоинвертор, ключи, интегрирующий конденсатор и масштабный резистор )1), Недостатком такого устройства янляется низкая точность работы

Наиболее близким к предложенному является развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, первый интегратор, второй сумматор, первый релейный элемент, третий сумматор, нторой интегратор,-четвертый сумматор, второй релейный элемент, выход которого подключен к второму входу третьего сумматора, выход первого релейного элемента соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является входом устройства и подключен к входу выпрямителя, вьмод которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, второй вход которого под- З0 ключен к выходу первого релейного элемента, выход амплитудного моду- . лятора подключен к вторым входам второго и четвертого сумматоров )2) .

Однако известный развертывающий З5 усилитель характеризуется относительно низкой точностью работы.

Целью изобретения является повышение точности работы. усилителя.

Поставленная цель достигается . 40 тем, что в развертывающий операцион ный усилитель, содержащий соединенные последовательно интегратор и первый сумматор, к второму входу которого подключен выход амплитудного 45 модулятора, соединенные последова. тельно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый 50 .сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, первый вход четвертого сумматора является первым входом развертывающего операционного усилителя, введены операционный SS усилитель, масштабный резистор, функциональный преобразователь и фазоинвертор, причем выход первого

142 2 сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с пер- вым входом амплитудного модулятора, с нходом интегратора и через мас- штабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, вьмод интегратора соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, вьмод третьего сумматора подключен к нходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым входом четверто. го сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.

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

На схеме (фиг.1) обозначены ин.тегратор 1, операционный усилитель

2, масштабный резистор 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 сумматоры, амплитудный модулятор 8, функциональный преобразователь 9, выпрямитель 10 с зоной нечувствительности, фазоинвертор 11, релейный элемент 12, первый 13 и второй

14 входы и выход 15.

Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Операционный усилитель 2 и масштабный резистор Э в совокупности образуют релейный элемент с симмет-, ричными относительно нулевого уровня порогами переключения + В. Начальная величина порогов переключения определяется масштабным резистором 3.

Выходной сигнал операционного усилиI теля 2 неизменен по модулю амплитуды и меняется только Пб знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания.

Интегратор 1, операционный усилитель 2, масштабный резистор 3 и первый сумматор 4 образуют каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний, который выполняет функции генератора несущих колебаний. пропорциональный величине управля-, ющего сигнала (фиг.2,5), но инвертированный по знаку.

Введение третьего сумматора 6 и фазоиннертора 1f необходимо для того, чтобы сохранить неизменной величину входного сопротивления.

Выпрямитель 10 с зоной нечувствительности имеет зону нечувствительности + С (фиг.2,x ). До тех пор, пока выходной сигнал третьего сумматора 6 (или управляющий сигнал с второго входа 14) находится в .зоне нечувствительности, коэффициент усиления развертывающего операционного усилителя определяется амплитудой выходного напряжения интегратора 1 (фиг.2a) или амплитудой пилообразной составляющей выходного сигнала второго сумматора 5 (фиг.22) при условии, что он осуществляет,He только функции сумматора, но и усилителя. Полоса пропускания развертывающего операционного усилителя при этом определяется частотой автоколебаний автоколебательного каскада и соответствует ее 50Х-ному значению.

Сигнал на выходе амплитудного модулятора 8 повторяет форму выходного сигнала операционного усилителя 2

4фиг.2,0) и синфазен по отношению к его входному сигналу (фиг.2б). Амплитуда импульсов на выходе амплитудного модулятора 8 пропорциональна уровню сигнала на выходе червертого сумматора 7. Таким образом, пока сигнал на выходе выпрямителя 10 равен нулю, импульсы на выходе амплитудного модулятора 8 отсутствуют, и пороги переключения операционного. усилителя 2 (частота автоколебаний) определяется

30 параметрами контура положительной обратной связи операционного усили45,теля 2.

Функциональный преобразователь 9 определяет закон изменения коэффициента усиления и полосы пропускания развертывающего операционного усилителя в функции управляющего сигнала. Например функциональный преобразователь

9 может выполнять функции квадратичного, обратно пропорционального и других законов управления и быть реализованным на основе диодно-резистор- . ных функциональных преобразователей.

Зона + С выпрямителя 10 опрецеляет тот уровень управляющего сигнала, ! з 1166142 4

При отрицательной полярности выходного сигнала операционного усилителя 2 (фиг.2,а) сигнал на выходе интегратора 1 нарастает до тех пор, пока не достигнет уровня положительного порога переключения. В этом случае происходит изменение знака выходного сигнала операционного усилителя 2 и уменьшение амплитуды выходного сигнала интегратора 1 до 10 момента времени очередного переключения операционного усилителя 2..В дальнейшем процесс. периодически повторяется. Выходной пилообразный сигнал интегратора 1 служит для управ- 15 леиия моментами переключения релейного элемента 12 и преобразования управляющего сигнала, подаваемого на второй вход 14, в широтно-импульсный сигнал с постоянной частотой 20 следования импульсов и скважностью, зависящей от уровня управляющего сигнала.

Второй сумматор 5 служит для суммирования выходного напряжения-интегратора 1 с напряжением с второго входа 14.

Релейный элемент 12 имеет нулевое значение порогов переключения. Его выходной сигнал может дискретно меняться в пределах, определяемых напряжением питания.

Под действием управляющего сигнала (фиг.2,8) происходит "вертикальное" смещение пилообразного напряже- З ния на выходе второго сумматора 5 (фиг.2, ), что приводит к изменению скважности импульсов на выходе 15 (фиг.2,q), постоянная составляющая который пропорциональна величине уп- 40 равляющего сигнала (фиг.2, 5) .

С помощью фазоинвертора 11 выход ной сигнал второго сумматора 5 (фиг. 2з.) инвертируется (фиг.2 е3.и подается на вход третьего сумматора 6.

В третьем сумматоре 6 происходит, суммирование выходных сигналов ин- тегратора 1 (фиг.7,a) и фазоинвертора 11 (фиг.2;е) . Коэффициенты переда-SO чи третьего сумматора 6 по отношению к его входным сигналам выбираются таким образом, чтобы за счет выходного сигнала интегратора 1 подавить пилообразные пульсации выходного напряжения фазоинвертора 11. В результате на выходе третьего сумматора 6 формируется сигнал (фиг.2, ), 5 116á14 начиная с которого осуществляется одновременное изменение коэффициен. та усиления и полосы пропускания развертывающего операционного усилителя..В общем случае пороги + С могут быть несимметричными относительно нулевого уровня.

Нредлоложим, что в момент времени 4 (фиг.3,5 ) управляющий сигнал (сигнал на выходе сумматора: 6) превы: 1п сил зону нечувствительности. Тогда на выходе сумматора 7, а также функционального преобразователя 9 появляется аналогичный сигнал, который преобразуется амплитудным модулятором 8 в импульсы со,средним нулевым значением. Выходные импульсы амплитудного модулятора 8 суммируют, ся выходными импульсами контура ноложительной обратной связи операцион- 2О ного усилителя 2, в результате чего происходит увеличение порогов переключения автоколебательного каскада (фиг.3,а), Это приводит к уменьшению частоты автоколебаний и рос- gg ту амплитуды выходного пилообраэного напряжения 1. Одновременно увеличивается амплитуда "пыли" на вы2 б ходе сумматора 5 (фиг.3,g). Изменение частоты автоколебаннй влечет эа собой изменение его полосы равномерного пропускания частот. Кроме того меняется соотношение амплитуды пилообразного напряжения и постоянной составляющей: на выходе сумматора $, что влечет эа собой изменение скважности импульсов на выходе 15 (фиг.Зг), т.е. изменяется его коэффициент передачи (усиления). С помощью корректирующего сигнала с первого входа 13, подаваемого на вход сумматора 7, можно осуществ-» лять коррекцию полосы пропускания и коэффициента усиления развертывающего операщ онного усилителя.

Таким образом, по .сравнению с известным предположенный разверты-вающий операционный усилитель обладает более высокой точностью работы за счет активной компенсации пилообразных пульсаций сигнала, выделения полезного сигнала без применения инерционных фильтров,. обеспечения постоянства величины входного сопротивления °

3166342

1166142

1166142

Составитель 0.0траднов

Редактор И,Николайчук Техред А.Бабинец Корректор А.Обручар

Заказ 4312/45 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

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