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

Изобрете.ше относится к усилител ным устройствам с ширютно-импульсны преобразованием сигнала и может быт использовано в аналоговых вычислительных машинах. Известен развертывающий операцио ный усилитель, который содержит сое диненные последовательно интегратор и релейный элемент, ключевой порого вый элемент СЗОднако это устройство обладает низкой помехоустойчивостью. Наиболее близким к предлагаемому является развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя и подключен к первому зходу сумматора, второй вход которого является основным входом развертывающего операционного усилителя, к третьему входу сумматора подключен выход фильтра высокой частоты, вход которого соединен с вы ходом амплитудного модулятора, первый вход которого подключен к выходу генератора прямоугольного напряжени второй вход амплитудного модулятора является дополнительным входом развертывающего операционного усилителя С 2 Д. Однако известный операционш1Ш усилитель характеризуется низкой помехоустойчивостью. Целью изобретения является повышен е помехоустойчивости. С этой целью в развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого является выходом развертьшающего операционного усилителя и подключен к первому входу сумматора, введены первый и второй делители частоты и дополнительные сумматор, интегратор и первый, второй и третий дополнительные релейные элементы, причем входы первого и второго дополнительных релейных элементов соединены и являются входом развертывающего операционного усилителя, выход первого дополнитель ного релейного элемента соединен со вторым входом сумматора и со входом первого делителя частоты, выход которого подключен к третьему входу сумматора, выход второго релейного элемента соединен со вторым входом i первого дополнительного релейного элемента, со входом второго делителя частоты и с первым входом дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный интегратор подключен ко входу третьего релейного элемента, выход которого является дополнительным выходом развертывающего операционного усилителя и соединен со вторым входом дополнительного сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго делителя частоты. На фиг.1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы сигналов. Усилитель содержит первый и второй дополнительные релейные элементы I и 2, первый и второй делители частоты 3 и 4, сумматор 5, дополнительный сумматор 6, интегратор 7, дополнительный интегратор 8, релейный элемент 9, третий дополнительный релейный элемент 10, вход 11, выход 12 и дополнительный выход 13 развертывающего операционного усилителя. Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом. Сигнал со входа I I (фиг. 2а.) представляет собой сумму двух широтно-кмпульсных сигналов, один из которых модулирован по амплитуде вторым широтно-импульсным воздействием. Функции развертывающего операционного усилителя заключаются в разделении суммарного сигнала со входа II на составляющие его широтно-импульсные носители с последующим их операционным преобразованием в вид, удобный для цифровой обработки информации. Выходной сигнал релейного элемента 9, первого, второго и третьего дополнительиых релейных элементов I, 2 и 10 неизменен по модулю амплитуды и изменяется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания. Релейньй элемент 9 и третий дополнительный релейный элемент 10 имеют симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения. Второй дополнительный релейный элемент 2 обладает нулевым значением порогов Переключения. Первый дополнительный релейный элемент 1 при отсутствии сигнала на его втором входе также имеет нулевой уровень порогов срабатывания, о а при наличии сигнала на втором входе юна неоднозначности первого дополнительного релейного элемента 1 смещается в направлении, соответствующем знаку воздействия на его втором входе. Восстановление основного (ведущего) широтно-импульсного носителя информагщи осуществляется с помощью второго дополнительного релейного элемента 2 (фиг .26) и происходит в моменты времени t, t2,...t перехода сигнала со входа 11 (фиг.2с() через нулевой уровень. Синхронно с моментом времени изменения знака выходного сигнала второго дополнительного релейного элемента 2 происходит вертикальное смещение порогов переключения первого дополнительного релейного элемента 1. При положительной полярности импульса на выходе второго дополнительно релейного элемента 2 (фиг. 2 порог срабатьшания первого дополнительного ре лейного элемента 1 смещается в положительном направлении (фиг.2в) до величины, при которой управление моментами переключения первого дополни тельного релейного элемента 1 происх дит с помощью второго широтно-импуль ного носителя, модулирующего ведущий носитель по амплитуде (фиг.2а). При изменении знака сигнала с входа 11 п роговый уровень первого дополнитель ного релейного элемента 1 смеща-ется в отрицательном направлегии (фиг,2 что позволяет восстановить второй гаиротно-импульсный носитель, модулир ющий по амплитуде отрицательньй им пульс основного носителя входной информации. В дальнейщем процесс перио дически повторяется, и на выходе пер вого дополнительного релейного элемента 1 формируется восстановленный широтно-импульсный сигнал (фиг.21.) второго носителя информации. Принцип работы замкнутого контура, состоящего из сумматора 5, интегратора 7 и релейного элемента 9 в р жиме собственных автоколебаний, заключается в следующем. При отсутстви сигнала на входе 11 выходной сигнал интегратора 7 имеет форму симметричн пилы (фиг.2д), а скважность импуль сов иа выходе релейного элемента 9 равно 0,5, что соответствует нулевом уровню постоянной составляющей сигна ла. 1 4 Наличие управляющего сигнала на первом входе сумматора 1 вызывает изменение производной выхгцного сигнала интегратора 7 (фиг.2е). При совпадении знаков сигналов входного и релейного элемента 9 скорость изменения сигнала на выходе интегратора 7 определяется суммой токо.в входного и обратной связи, а при несовпадении указанных воздействий производная выходного сигнала зависит от разности соответствующих токов. В результате постоянная составляющая выходного сигнала релейного элемента 9 устанавливается пропорциональной уровню входного воздействия. Для обеспечения независимости интервала дискретизации выходных сигналов от управляющего воздействия в схему введены первый и второй делители частоты 3 и 4. Выходные сигналы (фиг.36) первого и второго делителей частоты 3 и 4 представляют собой прямоугольные разнополярные импульсы типа меандр с частотой в 2 раз меньшей, чем частота импульсов (фиг.3о|) на выходах первого и второго дополнительных релейных элементов 1 и 2 соответственно, где п 1, 2, 3... - коэффициент деления частоты (в дальнейщем принимаем п I). Период выходных импульсов первого и второго делителей частоты 3 и 4 и их амплитуда выбираются таким образом, чтобы обеспечить работу в режиме вьшужденной синхронизации с частотой, кратной частоте сигналов с выходов первого и второго дополнительных релейных элементов 1 и 2. Принцип работы в режиме вынужденной сиьхронизации следующий. Полагаем, что пороги переключения релейного элемента 9 равны.нулю, а выходной сигнал первого дополнительного релейного элемента 1 равен нулю. В интервале времени t (фиг.Зв) сигнал с выхода интегратора 7 изменяется в отрицательном направлении под воздействием разности сигналов (фиг.36,в),так как амплитуда импульсов с выхода первого делителя 3частоты выбирается значительно превьввающей величину допустимого сигнала на входе сумматора 5, когда в нем существует режим собственных автоколебаний. После изменения знака импульса с выхода первого делителя 3 частоты на входе сумматора 5 действует сумма отрицательных напряжений и в интервале времени 12(Фиг.Зв) вы ходной сигнал интегратора 7 нарастает в положительном направлении. При нулевом значении сигнала на выходе интегратора 7 происходит переключение релейного элемента 9, что влечет за собой уменьгаение в интер вале времени t темпа нарастания выходного сигнала интегратора 7. После очередного изменения знака си нала в интервале времени t на вход сумматора 5 действует сумма положительных воздействий, что обеспечивапт изменение направления развертывагопего преобразования. В момент равенства нулю выходного сигнала интегратора 7 происходит очередное переключение релейного эл мента 9. В дальнейшем процесс пери одически повторяется. Учитьшая, что t -ь t- t, - t. , постоянная составляющая сигнала на выходе релейного элемента 9 равна нулю. Наличие сигнала управления с выхода релейного элемента 1 приводит к вертикальному смещению выходног сигнала интегратора 7, что влечет за собой изменение скважности импульсов па выходе релейного элемент 9 (фиг.Зг). В интервале времени t на вход РОУ действует сигнал, равный сумме выходных сигналов первого дополнительного релейного элемента 1 и пер го делителя 3 частоты за вычетом выходного сигнала релейного элемент 9, и сигнал на выходе интегратора 7 изменяется в отрицательном направлении. В интервале времени tj, в силу изменения знака импульса на выходе первого дополнительного релейного элемента 1 (фиг.3«), темп изменения сигнала на выходе интегратора 7 па,цает. . После переключения синхронизирующего воздействия с выхода первого делителя 3 частоты (фиг.35) выходной сигнал интегратора 7 имеет положительный знак производной. В течение времени t нарастание амплитуды сигнала интегратора 7 обусловлено суммарным воздействием сигналов (фиг.За, б, г .). Очередное переключение релейного элемента 9 происходит через время t после очередного изменения знака синхронизирующего сигнала. В дальнейшем рассмотренный процесс периодически повторяется. Постоянная составляющая импульсов на выходе релейного элемента 9 за время 2Тд соответствует уровню среднего значения выходного сигнала первого дополнительного релейного элемента 1 . Преимуществом предлагаемого развертывающего операционного усилителя является синхронизация частоты его вынз жденных колебаний с частотой преобразуемого широтно-импульсного сигнала, исключающая возможность появления в выходном сигнале ошибок замедленной дискретизации при передаче высокочастотного спектра восстановленного широтно-импульсного носителя входной информации, что говорит о повьш1енной помехоустойчивости.

. и

EL

//

//

РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого яв- . ляется выходом развертывающего опдрационного усилителя и подключен к первому входу сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены первый и второй делители частоты и дополнительные сумматор, интегратор и первый, второй и третий дополнительные релейные элементы, причем входы первого, и второго дополнительных релейных элементов соединены и являются входом развертывающего операционного усилителя, выход первого дополнительного релейного элемента соединен с вторым входом сумматора и с входом первого делителя частоты, выход которого подключен к третьему входу сумматора, выход второго релейного элемента соединен с вторым входом первого дополнительного релейного элемента, с входом второго делителя частоты и с первым входом дополнительного сумматора,выход которого через дополнительный интегратор подключен к входу третьего релейного элемента, выход которого является дополнительным выходом развертывающего операционного усилителя и соедш ен с вторым входом дополнительного сумматора, третий вход О которого подключен к выходу второго де00 лителя частоты. 00

Af

.ИМ

/

Лгг/

;

5) о

8) О

г) о

о

3}

)

Фиг, 2

S)o

ff

vx

/JA

Tt-ZTf

t

н

t)0