Релейный операционный усилитель Советский патент 1984 года по МПК G06G7/12 

Изобретение ртнооится к автоколеательным усилительным устройствам широтно-импульсным преобраэовййим сигнала и может быть использовао в анешоговых вычислительных машиах.

Известен релейный операционный усилитель содержа } интегратор, елейный элемент, |разделительтЕй трансформатор, клсочи и маоатабные резисторы tl }.

Данное устройство характеризуется низкой точностью работы.

Наиболее близким к предлагаемому является релейн гй операционный уси итель, содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной обмотки которого являются входом операционного усилителя, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора через масштабный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, а также с первой обкладкой разделительного конденсатора, вторая обкладка которого через второй масштабный резисг тор соединена с инвертирующим вхо- дом операционного усилителя, выход которого подключен ко второму выводу вторичной обмотки разделительного трансформатора, между неинвертирующим входом и выходом операционного усилителя включен третий масштабный резистор, неинвертирукиций и инвертирующий операционного усилителя через соответствующие : масштабные резисторы подключены к шине нулевого потенциала встречно включенные ограничительные стабилитроны, вторые выводы которого соединены с обкладками разделительного . конденсатора 23.

Известное устройство отличается невысокой точностью вследствие малого динамического диапазона входно-1 го сигнала, большим уровнем пульса--, ций выходного сигнала и наличием импульсных помех на фронтах выходного сигнала.

Цель изобретения - повышение точности работы.

Поставленная цель достигается тем, что.в релейный Операционный усилитель, содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной обмотки которого являются входом релейного операционного усилителя, операционный усилитель, между неинвертирующим входом и выходом которого включен первый масштабный резистор, выход операционного усилителя соединен с первым выводом вторичной обмотки разделительного трайсформатОра, второй вывод которой через второй Масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, третий и четвертый масштабные резисторы, введены дополнительный операционнЫй усилитель, сумматор, дифференцирующий элемент, первый, второй и третий операторные четырехполюсники, причем второй вывод вторичной обмотки разделительного грансформатора через первый операторный четы- рехполюсник соединен с инвepтиps к)(ци входом допрлнительного операционног (усилителя,.неинвертирующий вход которог о подключен к шине нулевого потенциала, между инвертирующим входо и выходом Дополнительного операционного усилителя включен второй операторный четырехполюсн ик, выход дополнительного операционного усилителя через третий масштабный резистор соединен с неинвертирукяцим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала; выход операционного усилителя через третий операторный четырехполюсник и через дифференцирующий злемент соединен соответственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом дополнительного операционного усили теля, выход сумматора является выходом релейного операционного усилителя и через четверт масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема ПРедлагаемого усилителя; на фиг. 2 - то же, первого операторного четырехполюсника; на фиг.Зто же, второго.операторного четырехполюсника; на фиг. 4 - то же, третьего операторного четырехполюсника; на фиг.5 и фиг. 6 - временные диаграммы сигналов.

Устройство содержит разделительный трансформатор 1, первый 2, второй 3 и третий 4 операторные четырехполюсники, операционный усилитель 5, первый б, второй 7, третий 8 и четвертый 9 масштабные резисторы, дополнительный операционный усилитель 10, диффеденцируюиий злемент 11, сумматор 12, шину 13 нулевого потенциала, вход 14 и выход 15 релейного операционного усилиТеля, первый 16 и второй 17 масштабные резисторы, первый, 10 и второй 19 фильтрующие конденсаторы первого операторного четырехполюсника 2, первый 20, второй 21 и третий 22 масштабные резисторы, первый 23 и второй 24 стабилитроны второго операторного четырехполюсника 3, первый 25, второй 26 и третий 27 масштабные резисторы третьего операторного четырехполюсника 4.

Релейный операционный усилитель работает следующим образом.

Допо; иительный операционный усилитель 10 с первыми вторым операторными четырехполюсниками 2 и 3 предназначен для масштабного преоб разования и инвертирования сигнала на втором масштабном резисторе 7 (фиг. 5). Операционный усилитель 5 представляет совой регенеративный компаратор с положительной обратной связью через первый масштабный резистор 6, Пороги переключения регенератив ного компаратора (фиг 5S, прямые) определяются соотношением сопротив лений первого и третьего масштабны резисторов 6 и 8 и симметричны отн сительно нулевого уровня. Выходной (сигнал операционного усилителя 5 (фиг. 5в) неизменен по амплитуде и меняется только по знаку в предела определяемых напряжением источника питания. При отсутствии сигнсша на входе 14 перемагничивание разделительного трансформатора 1 осуществляется током, протекающим через его вторичную обмотку. В момент насыщения разделительного трансформатора 1 на втором- масштабном резисторе 7 возни кает . импульс напряжения (фиг. За), который инвертируется дополнительным операционным усилителем 10 . (фиг. 56) и приводит к переключению операционного усилителя 5 (фкг.5в)., После изменения знака сигнала (фиг. 5в) начинается перемагничивание. разделительного трансформатора 1, которое длится до момента воз никновения броска тока во вторичной обмотке и очередного переключения операционного усилителя 5. В дальнейшем процесс периодически повторяется. Амплитуда импульсной соетавляющей выходного сигнала дополнительного операционного усилителя 10 определяется порогами переключения операционного усилителя 5 (фиг. 55), а переменная составляющая сигнала пропорциональна току холостого хода разделительного трансформатора 1.. С помощью третьего операторного четырехполюсника 4 амплитуда сигнала уменьшается до величины (фиг. 5 г равной амплитуде переменной сос авляющей сигнала (фиг. 5S), В сумматоре 12 сигналы взаимно компенсируются . Для частичного подавления импульсной составляющей выходного сигнала дополнительного операционного усилителя 10 служит дифференцирующий элемент 11, с помсадью которого дифференцируется и инвертируется. Козффициент передачи дифференцирующего элемента 11 выбирается таким, чтобы сигнал на его выходе (фиг. 5) / соответствовал амплитуде импульсной составляющей выходного сигнала дополнительного операционного усилителя 10. И результате сигнал на выходе 15 (фиг. 50 еет низкий уровень пульсаций. При наличии сигнала на входе 14 перемагничивание разделительного трансформатора 1 в один из полупериодов выходного сигнала операционного усилителя 5 осуществляется под воздействием разности токов первичной и вторичной обмоток, а в другой полупериод - под воздействием суммы токов. Это приводит к изменению скважности импульсов выходного сигнала операционного усилителя 5 (фиг. 6г) , среднее значение которых устанавливается пропорциоиальным уровню входного сигнала. Постоянная составляющая выходного -сигнала операционного усилителя 5 приводит к вертикальному смещению сигналов на втором масштабном резисторе 7 (фиг. 6а) и на выходе дополнительного операционного усилителя 10 (фиг. 66) относительно нулевого уровня. Пороги переключения операционного усилителя 5 определяют зону ограничения статической характеристики релейного операционного усилителя. Поэтому для получения наибольшего динамического диапазрна входного сигнсша пороги переключения желательно выбирать максимальными. С другой стороны, увеличение порогов ведет к росту погрешности работы, так как при вертикальном смещении сигнала (фиг. 55) амплитуда положительного импульса увеличива.ется, а отрицательного - уменьшается. В результате возникает мультипликативный дрейф нуля выходного сигнала автоколебательного усктггелц Этот недостаток устраняется за счет подключения вывода сумматора 12 через четвертый масштабный резистор 9 к неинвертирукхцему входу операционного усилителя 5. Наиличие сигнала на вых.оде сумматора 12 приводит к смещению зоны неоднозначности операционного усилителя 5 (фиг, 6в, прямые). В результате этого амплитуды положительного и отрицательного импульсов уравниваются и дрейфовая ошибка уменьшается. В сумматоре 12 выходные сигналы дополнительного операционного усилителя 10 (фиг. 6в) и третьего операторного четырехполюсника 4 (фиг. 63) суммируются, что обеспечивает подавление пульсаций на выходе 15 фиг. бе) . Предлагаемый релейный операционный усилитель по сравнению с известньм обладает повышенной точностью работы благодаря уменьшению уровня пульсации и импульсных в выходном сигнале, а также уменьшению дрейфа нуля.

il9

17

4г.

(Jiut. 2

F

a 0

S &

g

РЕЛЕЙНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ.содержащий разделительный трансформатор, выводы первичной обмотки которого являются входом реяейного операционного усилителя, операционный усилитель, между неинвертирующим входом, и выходом которого включен первый масштабный резистор, выход операционного усилителя соединен с первым выводом вторичной обмотки разделительного трансформатора, второй вывод которой через второй масштабный резистор подключен к шкне нулевого потенциала, третий и четвертый масштабные резисторы, отлич ающи. йен тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены дополнительный операционный усилит ель.,, сумматор, дифференцирующий элемент, первый, второй и третий операторные четырехполюсники, причем второй вывод вторичной обмотки разделительного трацрформатора через первый операторный четырехполюсник соединен с инвертирующим входом дополнит ельно- . го операционного yc литeля, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя включен второй операторный четырехполюсник, выход дополнительного операционного усилителя, через трес тий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом операционного (Л усилителя, инвертирующий вход которого подключен к шине н лeвoгo потенциала, выход операционного усилителя через третий .операторный четырехполюсник и через дифференцирующий элемент соединен соответственно с первым и вторым входами сумматора, третий вход которого соединен с выходом дополнительного операционного усилителя, выход сумматора является выходом релейного операционного усилителя и через четверел тый масштабный резистор соединен оь .с неинвертирующим входом операционного усилителя. 4