Автокомпенсационное устройство для преобразования амплитуды импульсов в постоянное напряжение Советский патент 1983 года по МПК H02M7/04 

0 СП Од 4SII

Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и может быть использовано в качестве прецизионного преобразователя амплитуды импульсов в постоянное напряжение в условиях повышенных одиночных или непериодических помех. Известно устройство содержащее последовательно .соедине шые дифференциальный усилитель, расширитель и интегратор, вход которого через дополнительный интегратор подключен к свободному входу дифференциального усилителя 1. Недостатком устройства г.вляется увеличение амплитуды пульсаций выходного устройства при увеличении частоты повторения выхрдного сигнала, что обусловлено следующим. Для устойчивости работы интегратора посто янную времени расширителя выбирают немногим более полупериода минимальной частоть входного сигнала. Для У1юбой другой большей частоты (не кратной минимальной) постоянная Времени расширителя окажется избыточной и, что более важно, моменты переключения интеграторов с процесса повышения напряжения на понижение не будут совпадать с моментом амплитудного значения входного напряжения, следовательно, переключение будет задерживаться и приведет к увеличению пульсации. Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные первый и второй дифференциальные усилители, расширитель и интегратор, выход которого соединен с одним из входов первого дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя. В.качестве расширителя использован статический триггер 2.Недостатком устройства является увеличение амплитуды пульсации При расширении частотного диапазона в сторону низких частот, что обусловлено следующим. Введение в схему вто рого дифференциального усилителя и использование статического триггера в качестве рас, ширителя позволяет формировать напряжение управления интегратором без задержки, т.е. моменты переключения интегратора определяются только моментами сравнения его выходного напряжения с амплитудой очередного импульса входного сигнала. Следовательно, для некоторой постоянной времени интегратора, выбранной, например, в соответствии с требуемым быстродействием устройства, уменьшение частоты повторения входного сигнала, т.е. увеличение пауз между моментами сравнения (сравнение возможно только с приходом каждого очередного импульса), приведет к тому, что интегратор успеет дополнительно повы сить свое выходное напряжение, прежде чем переключится на понижение, либо дополнительно понизит его, прежде чем переключится на повышение. Причем это дополнительное изменение выходного напряжения будет тем боль- шим, чем длиннее паузы между моментами сравнения, т.е. чем ниже частоты повторения входных импульсов. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автокомпенсационное устройство для преобразования амплитуды импульсов в постоянное напряжение, содержащее последовательно соединенные первый и второй дифференциальные усилители и расширитель, а также третий дифференциальный усилитель и интегратор, вь1ход которого образует выходной вывод устройства и подключен к из входов первого дифференциального усилителя, второй вход которого образует входной вывод устройства и соединен с вторым входом дифференциального усилителя (3. Недостатком известного устройства являет- . ся то, что минимальные пульсации выходного напряжения достигнуты ценой снижения надежности, обусловленного сложностью аппаратурной реализации устройства. Целью изобретения является повышение надежности при сохранении минимальных пупьслций выходного напряжения в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные первый и второй дифференциальные усилители и расширитель, а также третий дифференциальный усилитель и интегратор, выход которого образует выходной вывод устройства и соединен с одним из входов первого дифференциального усилителя, второй вход которого образует входной вывод устройства и соединен с свободным входом второго дифференциального усилителя, введен- преобразователь постоянного напряжения и пропорциональное импульсное, включенный между выходом интегратора и первым входом третьего диффе кнциального усилителя, второй вход которого подключен к выходу расширителя, а выход - к входу интегратора. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений. , Устройство содержит (фиг. 1) последовательно соединенные первый и второй дифференциальные усилители, расширитель 3, третий дифференциальный усилитель 4, интегратор 5, выход которого соединен непосредственно с одним из входов первого дифференциального усилителя 1, а через преобразователь 6 постоянного напряжения в пропорциональное им1 льсное - со свободным входом третьего дифференциального усилителя 4. Элементы 1-5 вьшолнены аналогично известному устройству, а именно: 1, 2, 4, 5 - на базе операционных усилителей, интегратор S имеет емкостную обратную ;вязь, в качестве расширителя 3 применен статический триг гер, управляемый импульсами противоположной полярности. Элемент б преобразует постряшюе выходное напряжение интегратора 5 в пропоршюшльное импульсное типа меандр и может вьшолнен, например, в виде последовательно соединенных усилнтеля и модулятора. Введением в схему преобразователя 6 образован дополнительный контур управления рабатой интегратора 5 в процессе преобразования. Дополнительный контур в исходном состоянии пртктически искл1с чен из работы з счет образования на входе преобразователя 6 порога, нечувствительного к малой амплит де пульсации. Устро1«;тво работает следующим образом. При, подаче на вход устройства импульсно Посдедсшательности с амплитудой напртсмер, папожительной поляртости на выходе дифференциального усилителя 1 появляется импульс Ц Uf той же п шя{жости, следовательно, на выходе усилителя 2 появится отрицательный импульс, который запустит т{ннтер 3. На его выходе сформируется положительный уровень напряжения U% . В результате после инвертирования на выходе усилителя 4 появится отрицательный уровень напряжения (J., под действием которого выхощое напряжение интегратора 5 нач нет линейно увелячива ться со скоростью V -- (Т постоянная интегрирования) до момента пересечен порога нечувствительности преобразоват еля б. В дальнейше с ростом выходного напряжения интегр тора S -велиЧ1шается амплитуда меандра на выходе преобразователя 6, скорость увеличения напряжения интегратора 5 уменьшается согласно выражению Уг УуФГгЗ и но сит ступенчатый характер с частотЫ1 меандра В момент днфферешщальный ускпи тель 1 переходит в насыщение, очередной по ложительный импульс Uj пройдет на выход усилнтеля 2 без изменения полярности и установит триггер 3 в нулевое состояню. С зтого момента работой интегратора 5 управяет только положительный меашф Постепенное уменьцюние (также с частотой меандра) выходного напряжения интегратора S приводит к ситуаюш 5 JJ. о вредаой „U4CJ ., импульс иJJ(точнее разность ). усиленный элементами 1 и 2, приведет к появлению на входе триггера 3 отрицательного импульса, а на его выходе - уровня положительного напряжения, н описанные процессы бупут повторяться. Устройство перейдет в режям хранения. После прекращения подачи входных импульсов устройстЕЮ возвращается в исходное юстояние. Работа устройства происходит SIBUHHWKO при подаче отрицательных входных H uiynbcoB. Таким образом, в режиме кргмеякя интегратор 5 за счет значюельжнх) сннже гая скорости не успевает зна штельно изменять выходное напряжение в паузе между импулыами, что не приводит к уЕгеличению амплитуды пульсации. Для обеспечения минимальных пульсащш выходного напряжения устройства в режиме хранения ц.елесооб{йзно, «во& дифференщильньш .усилитель 4 работал в линейном режиме, что обеспечзтается выбором соответствующих коэффициентов передачи дифференциального усилителя 4 и преобразователя 6, а также целесообразно, чтобы частота выходного сигаала последнего превышала не менее чем на порядок наибольшую частоту повторения входных импульсов. I. Таким образом, нредлагаемсЙ устройство сохраняет полоткительное качество известного устройства - уменьшение пульсацки.(а значит и точность преобразования) при рас10йрении частотного диапазона в сторону нижних частот, . т.е. при увеличении скважности, вместе с тем обеспечивает повь1шение надежности за счет упрош.ёния (в пмттора раза) схемы устройства. Экономический эффект от применения предлагаемого устройства Может рассчитан с учетом того, что стоимость покупных изделш и трудозатрат на изготовление сборку в настройку составляют около половины соответствующих затрат, необходимых для реализации известного устройства. Зона tfet/yecmeumeJtbHocmu 1дид.уси 1{тлая.--А.

Порог ftevyScmfumejMocmH npeodpa offamfjtA бФиг. 2 Выходное HanpJ9fKfffue интегратора