Резервированный усилитель

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилительных устройствах повышенной надежности радиотехнических систем. Целью изобретения является повышение надежности устройства. Резервированный усилитель содержит N ( N ≥ 4) усилительных элементов, N коммутирующих элементов, N коммутаторов усилительных элементов, датчик-нормализатор, блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля усилительных элементов, блок управления резервированным усилителем, передающую антенну. 6 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в усилительных устройствах повышенной надежности радиотехнических систем.

Известен резервированный усилитель (авт.св. СССР N 1218448, кл. H 05 K 10/00, 1986), содержащий N усилительных элементов с объединенными входами, N датчиков-нормализаторов, N-1 коммутирующих элементов, сумматор мощности, блок управления и нагрузку, в котором имеется возможность замены любого одного усилителя при его отказе резервным.

Недостатком этого устройства является использование резервного усилителя в ненагруженном режиме, что приводит к расходу его эксплуатационного ресурса, а следовательно, к снижению надежности. Кроме того, данный усилитель не позволяет осуществить управление выходной мощностью, а используемый сумматор обладает низким коэффициентом полезного действия, что снижает эффективность работы устройства в целом.

Известен также резервированный усилитель (авт.св. СССР N 1319240, кл. H 03 F 1/30, 1987), содержащий N усилительных элементов, управляемое устройство сложения мощности, N датчиков контроля тока в цепях питания, N ключевых элементов включения усилительных элементов и нагрузку, в котором имеется возможность изменять выходную мощность, а резервные элементы находятся в ненагруженном режиме.

Недостатками данного устройства являются малое быстродействие, большое время восстановления работоспособного состояния при отказах типа "обрыв" усилительных элементов, отсутствие защиты от перегрузок последующих каскадов, жесткие требования, предъявляемые к амплитудам мощностей усилительных элементов, так как управляемое устройство сложения обладает низким коэффициентом полезного действия, в случае их неравенства.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является резервированный усилитель (авт.св. СССР N 1434568, кл. H 05 K 10/00, 1987), содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов (N ≥ 4), N датчиков контроля тока, N коммутирующих элементов, блок питания, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, устройство суммирования мощности и передающую антенну. Это устройство по сравнению с описанными аналогами обеспечивает высокое быстродействие, равномерное использование усилительных элементов в процессе эксплуатации, защиту от перегрузок последующих каскадов, быстрое восстановление работоспособного состояния, в том числе при кратных отказах.

Однако устройство-прототип имеет недостатки: большой расход элементов для контроля состояния усилителей, так как на каждый усилительный элемент необходима своя схема контроля; невысокую надежность усилительных элементов, так как отказ блоков контроля воспринимается блоком управления как неисправность контролируемого устройства.

Целью изобретения является разработка резервированного усилителя, позволяющего повысить надежность устройства при одновременном сокращении числа контролирующих элементов.

Цель достигается тем, что в резервированный усилитель, содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов (N≥4), N датчиков контроля тока, N коммутирующих элементов, блок питания, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, устройство суммирования мощности и передающую антенну, причем выход источника входного сигнала подключен в параллель к входу каждого усилительного элемента, выход блока питания подключен в параллель к питающим входам коммутирующих элементов, управляющие входы которых подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем, контрольный вход i-го датчика контроля тока, где i=1,2...N, подключен к контрольному выходу i-го усилительного элемента, а коммутационный вход i-го датчика контроля тока подключен к выходу i-го коммутирующего элемента, сигнальный выход i-го усилительного элемента подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента, проверочные выходы коммутаторов усилительных элементов объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента подключен к i-му входу устройства суммирования мощности, выход устройства суммирования мощности подключен одновременно к входу датчика-нормализатора и передающей антенне, выход датчика-нормализатора подключен к нормальному входу блока управления резервированным усилителем, четыре входа, составляющие первую группу входов блока управления резервированным усилителем, являются соответственно его входом считывания, входом сложения, входом вычитания, входом "Записи-0, счета-1", а m входов, где m ≅ log₂N, составляющих вторую группу входов блока управления резервированным усилителем, являются входами сигналов его управления, введены блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля состояния усилительных элементов, распределитель импульсов. Сигнальный выход i-го усилительного элемента, токовый выход i-го датчика контроля тока, коммутационный выход i-го коммутирующего элемента подключены соответственно к i-ым сигнальным, токовым и коммутационным входам блока коммутаторов. Сигнальные, токовые и коммутационные выходы блока коммутатора подключены соответственно к сигнальным, токовым и коммутационным входам блока сигнализации. Выход сигнала управления триггерами блока сигнализации подключен в параллель к N входам сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов. Аварийный выход блока сигнализации является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя. N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов подключены в параллель к контрольному входу блока сигнализации. I-й управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов одновременно подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента и к i-му входу блока управления резервированным усилителем. Каждый из N выходов распределителя импульсов подключен в параллель к соответствующим синхронизирующим входам блока контроля состоянием усилительных элементов и синхронизирующим входам блока коммутаторов, а вход распределителя импульсов подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем. Блок коммутаторов состоит из N четырехвходовых коммутаторов, сигнальные, токовые, коммутационные и синхронизирующие входы каждого из которых являются соответственно сигнальными, токовыми, коммутационными и синхронизирующими входами блока коммутаторов, а их сигнальные, токовые, коммутационные выходы являются сигнальными, токовыми и коммутационными выходами блока коммутаторов. Четырехвходовый коммутатор состоит из трех элементов ИЛИ, при этом первые входы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным входами четырехводового коммутатора, их вторые входы включены в параллель и являются синхронизирующим входом четырехвходового коммутатора, а выходы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным выходами четырехвходового коммутатора. Блок сигнализации состоит из первого и второго блоков управления и блока контроля, при этом сигнальные, токовые и коммутационные входы блоков управления являются соответствующими сигнальными, токовыми и коммутационными входами блока сигнализации, первый выход первого блока управления соединен с первым входом блока контроля, первый выход второго блока управления соединен с вторым входом блока контроля, а входы контрольного сигнала первого и второго блоков управления объединены и являются входом контрольного сигнала блока сигнализации, при этом первый и второй выходы блока контроля является соответственно аварийным выходом и выходом сигнала управления триггерами блока сигнализации. Блок управления состоит из датчика-нормализатора, первого элемента И, элемента ИЛИ, первого инвертора И-НЕ, второго элемента И, второго инвертора И-НЕ, при этом вход датчика-нормализатора является сигнальным входом блока управления, его выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является токовым входом блока управления, а выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу второго элемента И, первый вход последнего соединен с инверсным выходом первого инвертора, вход которого является токовым входом блока управления, а второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом второго инвертора, вход которого является входом контрольного сигнала блока управления. Блок контроля содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент ИЛИ, при этом первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ соединены и являются первым входом блока контроля, их вторые входы также объединены и являются вторым входом блока контроля, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является аварийным выходом блока контроля, а выход схемы ИЛИ является вторым выходом блока контроля. Блок контроля состояния усилительных элементов состоит из N счетных триггеров и N элементов И, при этом вход C i-го счетного триггера и первый вход i-го элемента И объединены и являются i-м синхронизирующим входом блока контроля состояния усилительных элементов, вход D i-го счетного триггера является i-м входом сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов, выход i-го элемента И является i-м выходом контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов, выход Q i-го счетного триггера является i-м управляющим выходом блока контроля состояния усилительных элементов, а -выход i-го счетного триггера подключен к второму входу i-го элемента И.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков позволяет снизить расход элементов с одновременным повышением технической надежности резервированного усилителя в целом, что дает возможность исключить ложное срабатывание блока управления.

На фиг. 1 изображена общая структурная схема резервированного усилителя; на фиг. 2 показан блок коммутаторов 13; на фиг. 3 - четырехвходовый коммутатор 13.1; на фиг. 4 - блок сигнализации 14; на фиг. 5 - блок управления 14.1 (14.2); на фиг. 6 - блок контроля 14.3; на фиг. 7 - блок контроля состояния усилительных элементов 16; на фиг. 8 - блок управления резервированным усилителем 6; на фиг. 9 представлена таблица состояний работы блока усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, датчиков контроля тока 9¹-9^N, элементов блока управления 14.1 (14.2), элементов блока контроля 14.3, элементов блока контроля состояния усилительных элементов 16.

Заявленное устройство, представленное на фиг. 1, состоит из источника входного сигнала 1, усилительных элементов 2¹-2^N,коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, устройства суммирования мощности 4, передающей антенны 5, блока управления резервированным усилителем 6, блока питания 7, коммутирующих элементов 8¹-8^N, датчиков контроля тока 9¹-9^N, датчика-нормализатора 11, эквивалента нагрузки 12, блока коммутаторов 13, блока сигнализации 14, распределителя импульсов 15, блока контроля состояния усилительных элементов 16. Выход источника входного сигнала 1 подключен в параллель к входу каждого усилительного элемента 2¹-2^N, а выход блока питания 7 подключен в параллель к питающим входам коммутирующих элементов 8¹-8^N, управляющие входы которых подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем 6. Контрольный вход i-го датчика контроля тока 9¹-9^N, где i= 1,2...N, подключен к контрольному выходу i-го усилительного элемента 2¹-2^N. Коммутационный вход i-го датчика контроля тока 9¹-9^N подключен к выходу i-го коммутирующего элемента 8¹-8^N. Сигнальный выход i-го усилительного элемента 2¹-2^N подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента 3¹-3^N. Проверочные выходы коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки 12, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента 3¹-3^N подключен к i-му входу устройства суммирования мощности 4. Выход устройства суммирования мощности 4 подключен одновременно к входу датчика-нормализатора 11 и передающей антенне 5. Выход датчика-нормализатора 11 подключен к контрольному входу блока управления резервированным усилителем 6. Четыре входа, составляющие первую группу входов блока управления резервированным усилителем 6, являются соответственно его входом считывания, входом сложения, входом вычитания, входом "Записи-0, счета-1", а m - входов, где m≥log₂N, составляющих вторую группу входов блока управления резервированным усилителем 6, являются входами сигналов его управления. Сигнальный выход i-го усилительного элемента 2¹-2^N, токовый выход i-го датчика контроля тока 9¹-9^N, коммутационный выход i-го коммутирующего элемента 8¹-8^N подключены соответственно к i-м сигнальных, токовым и коммутационным входам блока коммутаторов 13. Сигнальные, токовые и коммутационные выходы блока коммутатора 13 подключены соответственно к сигнальным, токовым и коммутационным входам блока сигнализации 14. Выход сигнала управления триггерами блока сигнализации 14 подключен в параллель к N входам сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов 16. Аварийный выход блока сигнализации 14 является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя. N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов 16 подключены в параллель к контрольному входу блока сигнализации 14. I-й управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов 16 одновременно подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента 3¹-3^N и к i-му входу блока управления резервированным усилителем 6. Каждый из N выходов распределителя импульсов 15 подключен в параллель к соответствующим синхронизирующим входам блока контроля состоянием усилительных элементов 16 и синхронизирующим входам блока коммутаторов 13, а вход распределителя импульсов 15 подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем 6.

На фиг. 2 показана схема блока коммутаторов 13, который обеспечивает согласованную в требуемые моменты времени передачу сигналов от усилительных элементов 2¹-2^N, датчиков контроля тока 9¹-9^N, коммутирующих элементов 8¹-8^N на входы схемы блока сигнализации 14.

Блок коммутаторов состоит из N четырехвходовых коммутаторов 13.1¹ - 13.1^N, сигнальные, токовые, коммутационные и синхронизирующие входы каждого из которых являются соответственно сигнальными, токовыми, коммутационными и синхронизирующими входами блока коммутаторов 13, а их сигнальные, токовые, коммутационные выходы являются сигнальными, токовыми и коммутационными выходами блока коммутаторов 13.

Входящие в схему блока коммутатора 13 четырехвходовые коммутаторы 13.1¹-13.1^N идентичны и схема их может быть реализована так, как показано на фиг. 3.

На фиг. 3 показана схема четырехвходового коммутатора 13.1, который служит для согласованной передачи сигналов одного из N усилительных элементов 2¹-2^N и связанных с его функционированием датчика контроля тока 9¹-9^N и коммутирующих элементов 8¹-8^N на входы блока сигнализации 14.

Четырехвходовый коммутатор состоит их трех элементов ИЛИ 13.1.1, 13.1.2, 13.1.3, при этом первые входы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным входами четырехвходового коммутатора, их вторые входы включены в параллель и являются синхронизирующим входом четырехвходового коммутатора, а выходы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным выходами четырехвходового коммутатора 13.1. В частности, элемент ИЛИ, входящий в схему четырехвходового коммутатора 13.1, выполнен по известной схемы (см. рис. 1.27, з, с. 48 [1]), который в свою очередь может быть реализован на интегральной микросхеме (ИМС) К155ЛЛ1.

На фиг. 4 показана схема блока сигнализации 14, который служит для проверки функционирования усилительных элементов 2¹-2^N по короткому замыканию в цепях питания и обрыва, внутренней самопроверки, формирования управляющих сигналов на блок контроля состояния усилительных элементов 16 и выдачи сигнала "Авария" о неисправности блока управления. Блок сигнализации 14 состоит из первого 14.1 и второго 14.2 блоков управления и блока контроля 14.3, при этом сигнальные, токовые и коммутационные входы блоков управления 14.1 и 14.2 являются соответствующими сигнальными, токовыми и коммутационными входами блока сигнализации 14, первый выход первого блока управления 14.1 соединен с первым входом блока контроля 14.3, первый выход второго блока управления 14.2 соединен с вторым входом блока контроля 14.2, а выходы контрольного сигнала первого и второго блоков управления 14.1 и 14.2 объединены и являются входом контрольного сигнала блока сигнализации 14, при этом первый и второй выходы блока контроля 14.3 являются соответственно аварийным выходом и выходом сигнала управления триггерами блока сигнализации 14.

На фиг. 5 показана схема блока управления 14.1 (14.2), который служит для контроля исправности усилительных элементов 2¹-2^N. Блок управления состоит из датчика-нормализатора 14.1.1, первого элемента И 14.1.2, элемента ИЛИ 14.1.3, первого инвертора И-НЕ 14.1.4, второго элемента И 14.1.5, второго инвертора И-НЕ 14.1.6, при этом вход датчика-нормализатора 14.1.1 является сигнальным входом блока управления 14, его выход соединен с первым входом первого элемента И 14.1.2, второй вход которого является токовым входом блока управления 14.1 (14.2), а выход первого элемента И 14.1.2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14.1.3, выход которого является первым выходом блока управления 14.1 (14.2), второй вход элемента ИЛИ 14.1.3 подключен к выходу второго элемента И 14.1.5, первый вход последнего соединен с инверсным выходом первого инвертора И-НЕ 14.1.4, вход которого является токовым входом блока управления 14.1 (14.2), а второй вход второго элемента И 14.1.5 соединен с инверсным выходом второго инвертора И-НЕ 14.1.6, вход которого является входом контрольного сигнала блока управления 14.1 (14.2). В частности, в качестве датчиков-нормализаторов 14.1.1 могут быть использованы магнитно-электрические датчики (см. рис. [3]), элементы И 14.1.2, 14.1.5 выполнены по известной схеме (см. рис. 1.23, в, с. 41 [1]) и могут быть реализованы на ИМС К155ЛИ5, элемент ИЛИ 14.1.3 выполнен по известной схеме (см. рис. 1,27, з, с. 48 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛЛ1, элементы И-НЕ 14.1.4, 14.1.6 выполнены по известной схеме (см. с. 131 [4]) и могут быть реализованы на ИМС К155ЛА8.

На фиг. 6 показана схема блока контроля 14.3, который служит для контроля исправности блока управления 14 и выдачи сигнала "Авария". Блок контроля содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 и элемент ИЛИ 14.3.2, при этом первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 и ИЛИ 14.3.2 соединены и являются первым входом блока контроля 14.3, их вторые входы также объединены и являются вторым входом блока контроля 14.3, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 является аварийным выходом блока контроля 14.3, а выход схемы ИЛИ 14.3.2 является вторым выходом блока контроля 14.3. В частности, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 выполнен по известной схеме (см. рис. 1.34, в, с. 56 [1] )и может быть реализован на ИМС К155ЛП5, элемент ИЛИ 14.3.2 выполнен по известной схеме (см. рис. 1,27, з, с. 48 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛЛ1.

На фиг. 7 показаны схема блока контроля состояния усилительных элементов 16, который служит для формирования управляющих сигналов на коммутаторы усилительных элементов 3¹-3^N, блок управления 14 и блок управления резервированным усилителем 6 с целью исключения неисправных усилительных элементов 2¹-2^N из контура управления и включения их после восстановления. Блок контроля состояния усилительных элементов 16 состоит из N счетных триггеров 16.1 и N элементов И 16.2, при этом вход C i-го счетного триггера 16.1 и первый вход i-го элемента И 16.2 объединены и являются i-м синхронизирующим входом блока контроля состояния усилительных элементов 16, вход D i-го счетного триггера 16.1 является i-м входом сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов 16, выход i-го элемента И 16.2 является i-м выходом контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов 16, выход Q i-го счетного триггера 16.1 является i-м управляющим выходом блока контроля состояния усилительных элементов 16, а -выход i-го счетного триггера 16.1 подключен к второму входу i-го элемента И 16.2. В частности, счетные триггеры 16.1¹-16.1^N выполнены по известной схеме (см. рис. 4.18, с. 120 [2]) и могут быть реализованы на ИМС К155ТМ2, элемент И выполнен по известной схеме (см. рис. 1.23, в, с. 41 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛИ5.

Распределитель импульсов 15 предназначен для синхронной работы блока коммутаторов 13 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 и может быть реализован с помощью регистра сдвига, который выполнен по известной схеме (см. рис. 1.78, а, б, с. 113 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ИР13.

На фиг. 8 показана схема блока управления резервированным усилителем 6, который предназначен для включения усилительных элементов 2¹-2^N в зависимости от требуемой выходной мощности и исправности усилительных элементов 2¹-2^N, а также для синхронизации работы распределителя импульсов 15.

Схема блока управления резервированным усилителем 6 заявленного устройства, показанная на фиг. 8, аналогична схеме блока управления резервированным усилителем прототипа на фиг. 2. Отличие блока управления 6 в заявленном устройстве от известного заключается в следующем: вместо объединенного выхода к блокам 8₁...8_N и блокам 4 используется только выход к элементам 8₁. ..8_N и объединенный выход генератора тактовых импульсов 18 является синхронизирующим входом блока управления резервированным усилителем 6.

На фиг. 9 показана таблица состояний при работе блока усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, датчиков контроля тока 9¹-9^N, элементов блока управления 14.1 (14.2), элементов блока контроля 14.3, элементов блока контроля состояния усилительных элементов 16.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме при исправности всех усилительных элементов 2 и блока сигнализации 14 в любой момент времени по команде от внешнего устройства, поступающей в двоичном коде на m входов в режиме "запись" или на счетный вход X_сч в режиме "суммирование (вычитание) - счет", подключается требуемое количество усилительных элементов 2 для обеспечения заданной мощности в передающей антенне. Так как "0" входная комбинация запрещена, то максимальное число (K) включенных усилительных элементов 2 будет K_max = 2^m - 1, (1) а минимальное их количество, находящееся в резерве (S), S_min = N - K_max = N - 2^m + 1. (2) Тогда 1 ≅ K ≅ K_max (3), S_min ≅ S ≅ N-1 (4).

При исправности всех усилительных элементов 2, блока сигнализации 14 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 на выходах последнего будут сигналы логической "1" и блок управления резервированным усилителем 6 случайным образом выберет комбинацию усилительных элементов 2, обеспечивающих требуемую мощность, причем вероятность включения i-го усилительного элемента 2 P_i = 1/N. При изменении требований на управляющем входе блок управления резервированным усилителем 6 формирует новые комбинации K₁, K₂, ..., K_n из усилительных элементов 2. Таким образом, все усилительные элементы будут расходовать одинаковый ресурс в процессе эксплуатации, что обеспечивает достижение максимальной наработки системы на отказ системы в целом.

При выходе из строя i-го усилительного элемента 2 блок сигнализации 14 и блок контроля состояния усилительных элементов 16 на i-м выходе сформирует сигнал логического "0", который переключит коммутаторы усилительных элементов с входа устройства суммирования мощности 4 на эквивалент нагрузки 12, i-й усилительный элемент, а блок управления резервированным усилителем 6 исключит последний из числа разрешенных для использования и сформирует новую комбинацию K включенных усилительных элементов 2 из (N-1)-го исправного. При этом неравенство (4) примет вид S_min-1 ≅ S ≅ N-2 (5), а на время перестройки блока управления резервированным усилителем 6 мощность на выходе резервированного усилителя будет соответствовать (K-1)-му включенному усилительному элементу 2.

При наличии кратных отказов усилительных элементов 2 скорость восстановления работоспособного состояния возрастает за счет сужения пространства разрешенных комбинаций усилительных элементов 2. Резервированный усилитель переходит в неработоспособное состояние при неисправности M усилительных элементов 2: M = S_max + (K_max - K). (6) При выходе из строя блока сигнализации 14 на всех его выходах образуется сигнал логической "1", что снижает быстродействие блока управления резервированным усилителем 6 при наличии неисправных усилительных элементов 2 на время замены неисправной схемы по сигналу "Авария", но не ведет к потере работоспособности резервированного усилителя в целом.

После замены и принудительного включения коммутирующих элементов 8 блок сигнализации 14 проверяет исправность i-го усилительного элемента 2 на эквиваленте нагрузки и, если его работоспособность восстановлена, формирует на i-м выходе логическую "1", которая разрешает использование усилителя блоком управления резервированным усилителем 6 и подключает его с помощью коммутаторов усилительных элементов 3 к устройству суммирования мощности 4. Блок управления резервированным усилителем 6 обеспечивает защиту от перегрузок последующих каскадов.

Блок управления 14.1 (14.2), блок контроля 14.3, блок контроля состояния усилительных элементов 16 работают в соответствии с таблицей состояний работы блока усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, датчиков контроля тока 9¹- 9^N, элементов блока управления 14.1 (14.2), элементов блока контроля 14.3, элементов блока контроля состояния усилительных элементов 16.

При включении питания триггеры 16.1¹-16.1^N устанавливаются в одно из устойчивых состояний -"0" или "1". После кратковременного принудительного поочередного включения коммутирующих элементов 8¹-8^N при исправности усилительных элементов 2¹-2^N с выходов схемы ИЛИ 14.1.3 поступают сигналы "1", которые установят все триггеры 16.1¹-16.1^N в 1-ое состояние. В дальнейшем блок управления работает в соответствии с таблицей. Если i-й усилительный элемент 2 неисправен, то на выходе элемента И 14.1.5 сигнал "0", который перебрасывает i-й триггер 16.1 в "0", который фиксируется в i-м такте распределителя импульсов 15 элементами И 16.2¹-16.2^N и инвертором И-НЕ 14.1.6, что удерживает триггер 16.1 в "0"-ом состоянии, пока на выходе элемента И 14.1.2 не появится сигнал "1". После замены или восстановления усилительного элемента 2 принудительным включением коммутирующего элемента 8 он проверяется на эквиваленте нагрузки 12. В случае, если усилительный элемент 2 исправен, то триггер установится в "1"-м состояние как при включении питания, а если усилительный элемент 2 неисправен, то он останется в "0"-м состоянии. При отказе одного из блоков управления 14.1 (14.2) на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 блок сигнализации 14.3 будут зафиксированы сбои, то есть данная схема позволяет определить отказы блоков управления 14.1 (14.2): B = 10N/(6N + 14) · (7)
Из (7) следует, что при N ≥ 4 целесообразно использовать предлагаемое техническое решение. Так, при N = 10 выигрыши составят 1,35, то есть число элементов сократиться на 35%, что повышает надежность работы в целом резервированного усилителя, так как отказ блока сигнализации 14 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 воспринимается блоком управления резервированным усилителем 6 так отказ усилительного элемента 2. Дополнительно надежность устройства повышается за счет контроля работоспособности блока управления 14.1 (14.2), отказ которого не ведет к отказу резервированного усилителя. Кроме того, использование устройства суммирования мощности 4 позволяет снять жесткие требования на колебания амплитуд выходных сигналов усилительных элементов 2¹-2^N, уменьшает инерционность схемы суммирования и повышает его коэффициент полезного действия при отключении части усилительных элементов 2¹-2^N. При этом устройство позволяет автоматически определять неисправные усилительные элементы 2¹-2^N, кратные отказы которых не оказывают влияния на скорость восстановления работоспособности резервированного усилителя.

Литература.

1. В. Л.Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник.- 2-е издание, исправленное. М.: Радио и связь, 1989, с. 352.

2. В.Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко. Микросхемы и их применение: справочное пособие. 3-е издание, переработанное и дополнение. М.: Радио и связь, 1989, с. 240.

3. М.А.Розенблат. Магнитные элементы автоматизации и вычислительной техники. М.: Наука, 1974.

4. Справочник по интегральным микросхемам. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Энергия, 1980, с. 816. Под редакцией Б.В.Тарабрина.

Формула изобретения

1. Резервированный усилитель, содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов (N ≥ 4), N датчиков контроля тока, N коммутирующих элементов, блок питания, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, устройство суммирования мощности и передающую антенну, выход источника входного сигнала подключен в параллель к входу каждого усилительного элемента, а выход блока питания подключен в параллель к питающим входам коммутирующих элементов, управляющие входы которых подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем, а контрольный вход i-го датчика контроля тока, где i = 1, 2, ..., N, подключен к контрольному выходу i-го усилительного элемента, а коммутационный вход i-го датчика контроля тока подключен к выходу i-го коммутирующего элемента, сигнальный выход i-го усилительного элемента подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента, проверочные выходу коммутаторов усилительных элементов объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента подключен к i-му входу устройства суммирования мощности, выход устройства суммирования мощности подключен одновременно к входу датчика-нормализатора и передающей антенне, выход датчика-нормализатора подключен к контрольному входу блока управления резервированным усилителем, четыре входа, составляющие первую группу входов блока управления резервированным усилителем, являются соответственно его входом считывания, входом сложения, входом вычитания, входом "Записи-0, счета-1", а m входов, где m ≅ log₂N, составляющих вторую группу входов блока управления резервированным усилителем, являются входами сигналов его управления, отличающийся тем, что дополнительно введены блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля состояния усилительных элементов, распределитель импульсов, при этом сигнальный выход i-го усилительного элемента, токовый выход i-го датчика контроля тока, коммутационный выход i-го коммутирующего элемента подключены соответственно к i-м сигнальным, токовым и коммутационным входам блока коммутаторов, сигнальные, токовые и коммутационные выходы которого подключены соответственно к сигнальным, токовым и коммутационным входам блока сигнализации, выход сигнала управления триггерами которого в параллель подключены к N входам сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов, а аварийный выход блока сигнализации является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя, N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов подключены в параллель к контрольному входу блока сигнализации, i-й управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов одновременно подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента и к i-му входу блока управления резервированным усилителем, каждый из N выходов распределителя импульсов подключены в параллель к соответствующим синхронизирующим входам блока контроля состоянием усилительных элементов и синхронизирующим входам блока коммутаторов, а вход распределителя импульсов подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем.

2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что блок коммутаторов состоит из N четырехвходовых коммутаторов, сигнальные, токовые, коммутационные и синхронизирующие входы каждого из которых являются соответственно сигнальными, токовыми, коммутационными и синхронизирующими входами блока коммутаторов, а их сигнальные, токовые, коммутационные выходы являются сигнальными, токовыми и коммутационными выходами блока коммутаторов.

3. Усилитель по п.2, отличающийся тем, что четырехвходовой коммутатор состоит из трех элементов ИЛИ, при этом первые входы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным входами четырехвходового коммутатора, а их вторые входы включены в параллель и являются синхронизирующим входом четырехвходового коммутатора, а выходы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным выходами четырехвходового коммутатора.

4. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что блок сигнализации состоит из первого и второго блоков управления и блока контроля, при этом сигнальные, токовые и коммутационные входы блоков управления являются соответствующими сигнальными, токовыми и коммутационными входами блока сигнализации, первый выход первого блока управления соединен с первым входом блока контроля, а первый выход второго блока управления соединен с вторым входом блока контроля, а входы контрольного сигнала первого и второго блоков управления объединены и являются входом контрольного сигнала блока сигнализации, при этом первый и второй выходы блока контроля являются соответственно аварийным выходом и выходом сигнала управления триггерами блока сигнализации.

5. Усилитель по п.4, отличающийся тем, что блок управления состоит из датчика-нормализатора, первого элемента И, элемента ИЛИ, первого инвертора И - НЕ, второго элемента И, второго инвертора И - НЕ, при этом вход датчика-нормализатора является сигнальным входом блока управления, а его выход соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является токовым входом блока управления, а выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом блока управления, второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу второго элемента И, первый вход последнего соединен с инверсным выходом первого инвертора, вход которого является токовым входом блока управления, а второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом второго инвертора, вход которого является входом контрольного сигнала блока управления.

6. Усилитель по п.4, отличающийся тем, что блок контроля содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемент ИЛИ, при этом первые входы элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИЛИ соединены и являются первым входом блока контроля, а их вторые входы также объединены и являются вторым входом блока контроля, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ является аварийным выходом блока контроля, а выход схемы ИЛИ является вторым выходом блока контроля.

7. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что блок контроля состояния усилительных элементов состоит из N счетных триггеров и N элементов И, при этом вход С i-го счетного триггера и первый вход i-го элемента И объединены и являются i-м синхронизирующим входом блока контроля состояния усилительных элементов, а вход D i-го счетного триггера является i-м входом сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов, а выход i-го элемента И является i-м выходом контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов, а выход Q i-го счетного триггера является i-м управляющим выходом блока контроля состояния усилительных элементов, а выход i-го счетного триггера подключен к второму входу i-го элемента И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9