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

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен релейный операционный усилитель, содержащий сумматор, интегратор, релейные элементы элемент равнозначность 13.

Однако известное устройство характгризуется относительно низкой точностью работы.

Наиболее близким к предложенному iявляется релейный операционный усилитель, содержапдай последовательно включенные источник управяякнцего сигнала, широтно-импульсный модулятор, блок потенциального разделения, фильтр, выход которого является выходом усилителя, триггер, вход которого соединен с выходом широтноимпульсного модулятора, а выход подключен к входу блока питания фильтра 2 .

Это устройство имеет достаточно высокую надежность и точность работы при использовании модулятора с постоянной частотой нбсуа(нх колебаний. Однако при введении в схему модулятора с частотно-широтно-импульсной модуляцией точность работы устройства снижается, С ростом амплитуды сигнала управления интервал дискретизации выходных импульсов модулятора увеличивается, что приводит к соответствующему снижению частоты импульсов на вьс4оде триггера. Это вызывает увеличение амплитуды пульсаций напряжения питания фильтра, что влечет за собой ухудшение точности работы.

Целью изобретения является повышение точности работы.

Поставленная цель достигается тем, что релейный оОерационн1 усилитель, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, блок потенщ1ального разделения, другой вход сумматора является входом релейного операционного усилителя, делитель частоты, вход которого подключен к выходу релейного элемента, блок питания, введены дополнительный интегратор, первый и второй дополнительные релейные элементы, дополнительный сумматор, соединенные последовательно пропорционально-дифференцирующий блок, блок выделения модуля и элемент НЕ, выход делителя

частоты подключен ко входу пропорционально-дифференцирующего блока, выход блока потенциального разделения соединен со входом первого дополнительного релейного элемента, выход которого является выходом релейного операционного усилителя, выход элемента НЕ подключен к первому входу дополнительного сумматора, выход которого через дополнительный интегратор соединен со входом второго допол. нительного релейного элемента, выход которого подключен ко второму входу дополнительного сумматора и ко входу блока питания, выход которого соединен с шиной питания первого дополнительного релейного элемента.

На чертеже изображена функциональная схема предложенного релейного операционного усилителя.

Усилитель содержит сумматор t, до.полнительный сумматор 2, интегратор 3, дополнительный интегратор 4, реленый элемент 5, первый и второй дополнительные релейные элементы 6 и

7,блок потенциального разделения.

8,делитель частоты 9, пропорционально-дифференцирующий блок 10, блок вьщелеиия модуля 11, элемент НЕ 12, блок питания 13, вход t4 и выход 15.

Предложенный релейный операционный усилитель работает следующим образом.

Основной канал преобразования сигнала со входа 14 состоит из сумматора 1, интегратора 3, релейного элемента 5, блока потенциального разделения 8, выполненного, например, в виде разделительного трансформатора, первого дополнительного релейного элемента 6. Релейный элемент 5 и дополнительный релейный элемент 6 имеют симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения, а их выходной сигнал неизменен по модулю амплитуды и меняется только по знЪку в пределах, определяемых напряжением источника питания.

Каскад, образованный сумматором 1, интегратором 3 и релейным элементом 5, представляет собой систему, работакнчую в режиме устойчивых автоколебаний с частотно-широтно-импульсной модуляцией.

При отсутствии сигнала на входе 14 выходной-сигнал релейного элемента 5 имеет форму биполярных импульсов типа меандр со средним нулевым значением. Сигнал на выходе интегратора 3 симметричен относительно нуевого уровня, имеет форму симметричной пилы, а его амплитуда нормируется значением порогов переключателя релейного элемента 5.

Наличие сигнала на входе 14 вызывает изменение производной выходного сигнала интегратора 3. В один полупериод автоколебаний скорость изменения выходного сигнала интегратора 3 определяется суммой напряжений на входе 14 и выходе релейного элемента 5, а в другой полупериод - разностью этих напряжений. При этом изменяется (уменьшается) частота автокоебаний и скважность выходных импульсов релейного элемента 5. В результате постоянная составляющая выходного сигнала релейного элемента 5 за период автоколебаний достигает уровня, пропорционального величине сигнаа на входе 14.

Разделительный трансформатор, выполняющий функции блока потенциального разделения 8, является дифференцирующим.

В момент изменения знака импульсов на выходе релейного элемента 5 на выходе блока потенциального разеления 8 формируются импульсы алой длительности, амплитуда котоых достаточна для переключения первого дополнительного релейного элеента 6. В результате на выходе 15 ормируется сигнал, который полностью овторяет форму выходных импульсов релейного элемента 5.

Делитель частоты 9, пропорционально-дифференцирующий блок 10, блок выеление модуля 11 и элемент НЕ 12 определяют работоспособность основного канала преобразования релейного операционного усилителя.

Делитель частоты 9 преобразует выходной сигнал релейного элемента 5 в биполярные импульсы типа меандр со средним нулевым значением, период которых в два раза превьвпает период импульсов на выходе релейного элемента 5.

Пропорционально-дифференцирукж1ий блок 10 предназначен для передачи без искажений на вход блока выделения модуля 11 переменной составляющей выходного сигнала делителя частоты 9 и подавления его постоянной составляоющеи.

С помощью блока выделения йодуля 11 выходные импульсы пропорционально- дифференцирующего блока 10 вьтрямляются. В результате на выходе элемента НЕ 12 формируется сигнал логического нуля.

Каскад, образованный дополнительным сумматором 2, дополнительным интегратором 4 и вторым дополнительным релейным элементом 7, также представляет собой систему, работающую в режиме устойчивых автоколебаний с частотно-широтно-импульсной модуляцией.

Блок питания 13 формирует напряжение питания первого дополнительного релейного элемента 6. Его вход гальванически разделен по отношению к выходу второго дополнительного релейного элемента 7.

0

При работоспособном каскаде из сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 5, о чем можно судить по наличию в нем режиме автоколебаний, 5 выходной сигнал элемента НЕ 12 равен нулю. В этом случае на выходе второго дополнительного релейного элемента 7 формируется высокочастотный сигнал, имеющий форму прямоугольных биполярных импульсов со средним значением,

О равным нулю. Выходные импульсы второго дополнительного релейного элемента 7 в блоке питания 13 выпрямляются и при необходимости дополнительно фильтруются, что обеспечивает напряжение

S

питания первого дополнительного релейного элемента 6.

Предположим, что каскад из сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 5 оказался неработоспособным.

В этом случае сигнал на выходе релейного элемента 5 принимает одно из фиксированных значений, определяемых напряжением источника питания. на выходе делителя частоты

5 9 также становится фиксированным по уровню и во времени.

Это вызывает уменьшение до нуля значений выходных напряжений пропорционально-дифференцирующего блока 10

0 и блока выделения модуля 11, так как коэффициент передачи пропорциональнодифференцирующего блока 10 по отношению к постоянной составляющей выходного сигнала делителя частоты 9

55 бесконечно мал. В результате на выходе элемента НЕ 12 появляется сиг- нал с уровнем логической единицы, которьш должен превышать допустимую величину входного сигнала дополнительно сумматора 2. При этих условиях появление сигнала логической единицы на выходе элемента НЕ 12 вызывает срыв режима автоколебаний в каскаде из дополнительных сумматора 2, интегратора 4 и релейного элемента 7, что в свою очередь приводит к уменьшению до нуля выходных сигналов первого дополнительного релейного элемента 6 и блока питания 13.

Таким образом, при неработоспособности основного канала преобразования сигнал на выходе 15 принимает нулевое значение.

В отличие от устройства-прототипа в предложенном релейном операционном усилителе частота первичного напряжения блока питания 13 не зависит от величины сигнала на входе 14. Следовательно, уровень пульсаций сигнала на выходе 15 постоянен и не зависит от изменения частоты автоколебаний каскада, образованного сумматором 1, интегратором 3, релейным элементом 5 При этом частота автоколебаний каскада, образованного дополнительными сумматором 2, интегратором 4 и вторым дополнительным релейньм элементом 7, может быть выбрана достаточно высокой.

По сравнению с устройством-прототипом предложенный релейный операционный усилитель обладает более высокой точностью работы.

РЕЛЕЙНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно сумматор, интегратор, релейный элемент, блок потенциального разделения, другой вход сумматора является входом релейного операционного усилителя, делитель частоты, вход которого подключен к выходу релейного элемента, блок питания, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности.работы, в него, введены дополнительный интегратор, первый и второй дополнительные релейные элементы, дополнительный сумматор, соединенные последовательно пропорционально-дифференцирующий блок, блок выделения модуля и элемент НЕ, выход делителя частоты подключен ко входу пропорционально-дифференцирующего блока, выход блока потенциального разделения соединен со входом первого дополнительного релейного элемента, выход которого является выходом релейного операционного усилителя, выход элемента НЕ подключен к первому входу дополниi тельного сумматора, выход которого через дополнительный интегратор соединен со входом второго дополнительного релейного элемента, выход которого подключен ко второму входу дополнительного сумматора и ко входу блока питания, выход которого соединен с шиной питания первого дополнительного релейного элемента. о со 00 о «