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

Изобретение относится к усилител ным устройствам с шнротно-импульсным преобразованием сигнала и может быт использовано в аналоговых вычислительньк :1аиииах. Известен релейный операционный усилитель, содержащий интегратор, релейньп элемент, сумматор, амплитудный модулятор и дополнительный релейный элемент ij , Однако данный усилитель характеризуется низкой помехоустойчивостью. Наиболее близким к предлагаемому является релейный операционный уашитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор первый релейный элемент, первый усилитель частоты, первый демодулятор и второй релейный элемент, выход которого соединен с управляющим входом первого переключателя, выход которог подключен к первому входу сумматора, выход первого релейного элемента соединен с первым входом первого переключателя и входом третьего релейного элемента, выход которого через соединенные последовательно второй делитель частоты, второй демодулятор и четвертый релейный элемент подключен к управляющему входу второго пер ключателя, выход которого соединен с вторым входом первого переключателяи входом ключа, выход которого является выходом усилителя, первый и второй входы второго переключателя соединены соответственно с выходами первого и третьего релейных элементов И. Известный усилитель также обладае низкой помехоустойчивостью. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости усилителя. Поставленная цель достигается тем, что в развертыванщий операцион.ный усилитель, содержащий соединенны последовательно сумматор, интегратор , релейный элемент и первый делитель частоты, выход релейного элемента подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является входом релейного операционного усилителя, второй делитель частоты, первый и второй демодуляторы, ключ, выход которого является вьсходом релейного операционного усилителя, ютючевой элемент с зоной нечувствительности, введены фильтр, элемент задержки, элемент И-ПЕ, дополнительHiitfi ключ, первый, второй и третий дифференцирующие элемейты, причем выход первого делителя частоты через первый дифференцирующий элемент подключен к входу первого демодулятора, выход второго делителя частоты через второй дифференцирующий элемент соединен с входом второго демодулятора, выход релейного элемента через фильтр подключен к входу первого ключа и входу третьего дифференцирующего элемента, выход которого соединен с входом второго делителя частоты, второй вход сумматора подключен к входу ютючевого элемента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу элемента задержки, выходы первого и второго демодуляторов соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого через дополнительньп ключ подключен к управляющему входу первого ключа, выход элемента задержки соединен с управляющим входом дополнительного ключа. На фиг. 1 изображена фуикциональ-. ная схема развертывакнцего операционного усилителя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы сигналов, действующих в усилителе. Усилитель содержит сумматор 1, интегратор 2, релейный элемент 3, фильтр 4, первый, второй и третий дифференцируннцие элементы 5, 6 и 7; первый и второй делители 8 и 9 часто ты, первый и второй демодуляторы 10 и 11, ключевой элемент 12 с зоной нечувствительности, элемент 13 задержки, элемент И-НЕ 14, ключ 15, дополнительный ключ 16, вход 17 и выход 18. Развертывающий усилитель работает следующим образом. Сумматор 1, интегратор 2 и релейный элемент 3 образуют частотио-широтно-импульсный каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний, Релейньй элемент 3 имеет симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения. Выходной сигнал релейного элемента 3 не изменен по модулю амплитуды и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания. При отсутствии сигнала на входе 17 сигнал развертки на выходе интегатора 2 имеет форму симметричной пилы /фиг. 2а), амплитуда которой ограничена величиной порогов переключения релейного элемента 3. Наличие управляющего воздействия на входе 17 приводит к изменению производной ;Выхолного сигнала интег ратора 2 фиг. 2./. В интервале вре мени несовпадения знаков выходного напряжения релейного элемента 3 и напряжения с входа 17 скорость изме нения выходного сигнала интегратора 2 зависит от разности токов входно и обратной связи, а в интервале сов падения знаков напряжений на входе и выходе - от суммы указанных токов В результате постоянная составляющая импульсов на выходе релейного элемен та 3 устанавливается пропорциональной амплитуда входного воздействия. Фильтр 4 служит для вьщеления постоянной составляющей выходного сигнала релейного элемента 3 (фиг. 2в). С помощью первого усилителя 8 часто ты выходной сигнал релейного элемента ((Jwr. 2в5 преобразуется в импульсы типа меандр со средним нулевым значением (фиг. 2г) и периодом, в 2 раза превышающим период автоколебаний. Первый дифференцирующий элемент 5 имеет бесконечно малый коэффициент передачи для сигнала постоянного уровня. Коэффициент передачи практически равен единице для переменной составляющей выходного сигнала перво го делителя 8 частоты (фкг. 2д). С помощью первого демодулятора 10 выходной сигнал первого дифференцирующего элемента 5 выпрямляется и фильтруется (. 2е). Третий дифференцируниций элемент 7 предназначен для дифференцирования пульсаций выходного сигнала фильтра 4 (фиг. 2в, ж), наличие которых свидетельствует о нормальной работоспособности фильтра 4. Таким образом, наличие сигналов логической 1 на выходах первого и второго демодуляторов 10 и 11 свидетельствует о нормальной работоспособности основного тракта преобразования. В этом случае выходной сигнал элемента И-НЕ 14 равен нулю и нагрузка через нормально закрытый контакт ключа 15 соединена с выходом фильтра 4. При неработоспособности автоколебательного каскада сигналы на выходах первого и второго демодуляторов 10 и II принимают уровень логического О и под воздействием выходного напряжения элемента И-НЕ 14 ключ 15 переходит в разомкнутое состояние, отключая тем самым выход от цепи нагрузки. Если автоколебательный каскад является-работоспособным, а фильтр 4 вышел из строя, то сигнал на выходе третьего дифференцирующего элемента 7 равен нулю, что вызывает появление на выходе второго демодулятора 11 также сигнала логического О. В результате на выходе элемента И-НЕ 14 формируется сигнал логической выход 18 отключается от нагрузки несмотря на работоспособность автоколебательного каскада. К числу основных недостатков известного усилителя относится его низкая помехоустойчивость. Так, например, при воздействии на вход низкочастотной помехи автоколебания в нем прекращаются, а период следования выходных импульсов релейного элемента 3 соответствует периоду сигнала помехи, т.е. устройство синхронизируется с частотой внешнего периодического воздействия. Такой режим работы может вызвать периодическое уменьшение выходного сигнала первого и второго демодуляторов 10 и 11 до уровня логического О и отключение работоспособного усилителя от цепи нагрузки™ Кроме того, в пускотормозных режимах работы ряда объектов регулирования на входе регуляторов системы управления возникают рассогласования , амплитуда которых превышает допустимое значение входного сигнала. Это вызывает срыв режима автоколебаний, что влечет за собой разрыв в выходной цепи. Предположим, что (фиг. За) амплитуда сигнала с входа 17 увеличилась скачком до уровня, превышающего величину допустимого входного сигнала. Тогда выходной сигнал интегратора 2 увеличивается по модулю амплитуды, и может достичь зоны насыщения статической характеристики (. 36). Это влечет за собой резкое увеличение длительности импульса на выходе релейного элемента 3 . Резкое увеличение длительности выходных импульсов релейного элемента 3 вызывает уменьшение уровня сигнала на выходах первого и второго демодуляторов 10 и II (фиг, Зв). При выходном сигнале первого демодулятора 10 равном нулю (4иг, Зв) срабатывает ключ 15 и выход 18 находится в разомкнутом состоянии, что может 5 оказаться недопусти1 1М с точки зрения нормальной работоспособности системы управления или объекта регулирования.

Для устранения указанного недостат ка введены элемент 13 задержки и до- полнительный ключ 16.

Ключевой элемент 12 имеет зону нечувствительности (фиг. За). Выходной сигнал ключевого элемента 12 имэвт положительный знак независимо от знака сигнала на входе 17. В момент времени фиг. За) на выходах ключевого элемента 12 и элемента 13 задержки появляется сигнал логической 1 (фиг. Зг, д), под воздействием кото- 20 рого дополнительньй ключ 16 раз1 кается, препятствуя тем самым срабатыванию ключа 15. При уменьшении амп- . литуды сигнала на входе 17 ключевой

элемент I2 с зоной нечувствительност переходит в разомкнутое состояние и сигнал на его выходе .принимает значение логического О (фиг. Зг)| Однако выходной сигнал элемента 13 задержки продолжает в течение време ни (фиг. Зд) оставаться равным логической 1. Длит ельность задержки выбирается из расчета времени возникновения автоколебаний и увеличения уровня вькодного сигнала первого и второго демодуляторов 10 и 11 (фиг. Зв) до значения логической 1 При нулевом сигнале на выходе элемента 13 задержки (фиг. Зд) дополнительный ключ 16 переходит в исходное замкнутое состояние.

Таким образом, предлагаемый развертывающий операционный усилитель обладает более высокой помехоустойчивостью при воздействии на его вход сигналов помех, амплитуда которых превьпиает величину линейного участка его статической характеристики.

РАЗВЕРТЫВАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегра- , тор, релейный элемент и первый делитель частоты, выход релейного элемента подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является входом релейного операционного усилителя, второй делитель частоты, первый и второй демодуляторы, ключ, выход которого является выходом релейного операционного усилителя, ключевой элемент с зоной нечувствительности, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены (, элемент задержки, элемент И-НЕ, дополнительный ключ, первый, второй и .третий дифференцирующие элементы., причем выход первого делителя частоты череэ первый дифференцирующий элемент подключен к входу первого демодулятора, выход второго делителя частоты череэ (второй дифференцирукндий элемент соединен с входом второго демодулятора, выход релейного элемента через фильтр1 подключен к входу первого ключа и входу третьего дифференцирующего элемента, выход которого соед1шен с входом второго делителя частоты, второй (Л вход сумматора подключен к входу ключевого элемента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу элемента задержки, и 1ходы первого и второго демодуляторов соединены с входами элемента И-НЕ, выход которого череэ дополнительный ключ ;о подключен к управляющему входу первого ключа, выход элемента эадержки соединен с управлянщим входом дополнительного ключа.

В О

В

I 1

Т

S

о

-S

фиг 2

О

6 О

-s

о

/lo.,...f о

О

фиг.З