Устройство для контроля операционных усилителей Советский патент 1984 года по МПК G05B23/02 

.1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предна начено для использования в системах автоматического управления различными объектами. Оно может использовать ся также в аналоговых вычислительньк машинах. Известны схемы контроля операцион ных усилителей в аналоговых вычислительных машинах, ,в которьк контроль осуществляется по зажиганию неоновых ламп, когда выходное напряжение усилителей превышает допустимую величину С1}. Недостатком известной схемы контроля является то, что он-а не позволяет выявлять отказы, при которых выходное напряжение усилителя ниже .порога зажигания неоновой лампы. Известно устройство контроля уси- лителя с моделью, которое позволяет обнаруживать практически любые отказы независимо от уровня напряжения, возникающего на выходе неисправного усилителя 23, Недостатком такого устройства контроля является его сложность, в особенности при большом числе контролируемых операционных усилителей со сложными передаточными функциями. Наиболее близким к предлагаемому является устройство контроля операционных усилителей, основанное на анализе реакции операционньк усилителей на сигналы контроля, формируемые специальным генератором. Это устройство содержит генератор периодических колебаний с прямым и инверс ным выходами, сумматор и два пороговых элемента, причем выходы генератора подключены к входам контролируе мых усилителей, а выходы усилителейк сумматору, выход которого подклюг чен к двум пороговым элементам. При возникновении неисправности напряжение на выходе сумматора либо равно нулю, либо равно удвоенному напряжению генератора, в то время как при отсутствии отказов выходное напряжение сумматора равно напряжению генератора С 3. Однако указанное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями. Оно не позволяет осуществлять контроль операционных усилителей при достаточно больших входных сигналах, которые вызьшают насыщение усилителей, и вьшвляет лишь одиночные отказы. Одновременные от262казы, например, двух операционных усилителей, получающих противофазные сигналы контроля, не могут быть обнаружены, так как выходное напряжение сумматора в этом случае остается равным напряжению генератора. Кроме того, при использовании данного устройства для контроля в операционных усилителях с высокоомными входными резисторами возникают значительные погрешности.f Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения выявления отказов операционных усилителей, имеющих сложную передаточную функцию. Указанная цель достигается тем, что в устройство для контроля операционных усилителей введены последовательно соединенные выпрямитель, емкостной фильтр и элемент с гистерезисной характеристикой, а также по числу контролируемых усилителей ограничивающие резисторы и разделительные RC-цепи, причем генератор колебаний вьтолнен управляемым, его выход через ограничивающие резисторы соединен с входами устройства, к которым через разделительные R С-цепи подключен вход выпрямителя, а управляющий вход генератора колебаний подключен к выходу элемента с гистерезисной характеристикой. На чертеже представлена схема предлагаемого устройство совместно с контролируемыми операционными усилителями . Устройство 1 контроля содержит управляемый генератор 2 колебаний с входом управления 3 и элемент 4 индикации, выполненный, например на светодиоде 5,которьй подключен к выходу генератора 2 через Rc-цепь с конденсатором 6 и резистором 7. В устройство контроля дополнительно введены последовательно соединенные выпрямитель 8, емкостной фильтр 9, элемент 10 с гистерезисной характеристикой, разделительные RC-цепи 11-13 и ограничивающие резисторы 14-16. Число ограничивающих резисторов и разделительные RC-цепей равно числу контролируемых усилителей. На чертеже в качестве примера приведена схема устройства контроля для трех операционньк усилителей 17-19, причем на выходах усилителей постоянного тока, на которых построены операционные усилители,включены балластные резисторы 20-22. В цепи отрицательных обратных связей операционных усилителей наряду с непоказанными на чертеже основными элементами, формирующими требуемые передаточные функции, введены нелинейные элементы с зоной нечувствительности 23-25. Входы устройства 26-28 контроля, соединенные через разделительные RC-цепи с вьшрямнтелем 8 подключены к выходам операционных усилителей 17-19 и через ограничивающие резисторы 14-16-соединены с выходом генератора 2 колебаний, управляющий вход которого подключен к выходу элемента }0 с гистерезисной характеристикой. Параметры генератора 2 выбираются так, что частота колебаний f .находит ся за пределами рабочих частот сигналов, поступающих на операционные усилители. Поэтому емкости разделительных RC-цепей могут быть выбраны так, что вход выпрямителя 8 пропускается только напряжение частоты f, а рабочие сигналы, действующие на выходах усилителей, не проходят через разделительные RC-цепи и не воздёйст вуют на устройство контроля. Работа схемы происходит следующим образом.. В исходном состоянии, когда операционные усилители исправны, на .их выводах формируются напряжения, определяемые входными сигналами и передаточными функциями этих усилителей. Напряжение высокой частоты f , поступающее от генератора 2 на выходы операционных усилителей через ограричивакнцие резисторы 14-16, практически не искажает полезные (рабочие) сиг налы. Это достигается за счет того, что благодаря глубокой отрицательной обратной связи операционные усилители 1 7- 1 9 подавляют сигнал с частотой f в (1 + K(j) раз, где К - коэффициент ус |ления разомкнутого операционного усилителя; - коэффициент передачи цепи обратной связи, причем, петлевое усиление K(bff 1 на частоте . Для того, чтобы предотвратить снижение петлевого усиления при выходе операционных усилителей в режим ограничения, наряду с основны(ш обратными связями, формирукицими требуемые передаточные функции, в схемах, операционных усилителей используются нелинейные обратные связи с характеристикой типа зона нечувствительноети. Если напряжение на выходе соответствующего усилителя превысит зону нечувствительности, то операционный усилитель охватывается дополнительной обратной связью, которая предотвращает его насыщение. Благодаря этому сигнал генератора с частотой f подавляется на выходах операционных усилителей при любых во одных напряженияхПри отсутствии сигнала: с частотой р на вьрсодах операционных усилителей элемент 10 с гистерезисной харак теристикой находится в выключенном состоянии и не оказывает влияния на работу генератора 2 контроля. Поэтому генератор работает в колебательном режиме и его выходное напряжение вызывает ровное свечение индикатора 4 (светодиода 5). - Рассмотрим теперь работу схемы при неисправностях операционных усилетелей. При отказе любого усилителя нарушается действие отрицательной обратной связи в этом усилителе и напряжение генератора 2, постзтающеё на выход этого усилителя не компенсяjpyeTCH надлежащим сигналом, формируй мам усилителем. Поэтому на одном из входов устройства контроля возникает напряжение с частотой fp . Это напряжение через соответствующую разделительную RC-цепь проходит tiepe3 вьшрямитель 8 и емкостной фильтр 9 и поступает на вход элемента 10 с гйстерезисной характеристикой, вызывая его включение через время задержки. определяемой постоянной времени фильтра 9. Выходной сигнал элемента 10 поступает на управляющий вход 3 генератора 2, в результате чего происходит, срыв колебаний и светодиод 5 выключается. Конденсатор фильтра 9 разряжается и через время задержки t;, элеменч 10 переходит в выключенное положение, благодаря чему генератор вновь переходит в режим колебаний.. Через время задержки Z происходит очередное срабатывание элемента 10 и процесс повторяется. Следовательно, при отказах операционных усилителей устройство контроля переходит в режим низкочастотных автоколебаний, модулированных высокой частотой генератсфа fp . При светодиод дает 0lгдкяций свет, сигнализируя неисправность операционных усилителей, В пс едлагаемом устройстве выявляется неисправность не только конт| оSлируемых операционных усилителей, но и самого устройства контроля. Действительно, отказ генератора 2 ведет к исчезновению напряжения с высокой частотой ff , вследствие чего светодиод 5 гаснет. То же самое происходит и в случае отказа элемента 10 с гистерезисной характеристикой когда генератор 2 переходит в затор моженный режим. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется непрерывный автоматический контр м1ь исправности операцйонйых усилителей, причем бла1годаря введенным элементам и связям обеспечивается возможность выявления отказов операционных уси64лителей при любых уровнях входных сигналов и без потери T04Hchrra контролируемых усилителей. В устройстве с помощью одного индикатора выявляются отказы не только крнтролируемьк операционных усилителей, но и самой схемы контроля. При этом по характеру свечения индикатора обеспечивается распознавание отказов. Так при |1справных операционных усилителях индикатор дает ровный свет при отказе операционных усилителей индикатор работает в режиме мигающего света и, наконец, при отказе самого устройства контроля индикатор гаснет В результате всего этого достигается расширение функциональных возможностей предлагаемого устройства контроля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, в цепь отрицательной обратной связи которых включен нелинейный элемент - зона нечувствительности, содержащее генератор колебаний и элемент индикации. отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения вьшв-ления отказов операционных усилителей, имеющих сложную передаточную функцию, в него введены последовательно соединенные выпрямитель емкостной фильтр и элемент с гистерезисной характеристикой, а также по числу контролируемых усилителей ограничивающие резисторы и разделительные RC -цепи, причем генератор колебаний выполнен управляемым, его выход через ограничивающие резисторы соединен с входами устройства, к которым через разделительные RC -цепи подключен вход вьтрямителя, -а управляющий вход генератора колебаний подключен к выходу элемента с гистерезисной характеристикой.