Развертывающий операционный усилитель Советский патент 1985 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобра зованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Известен развертьтающий операционный усилитель, содержащий широтно-импульсный модулятор, разделительный блок, делитель частоты, фильтр (1. Это устройство обладает низкой помехоус тойчивостью. Наиболее близким к изобретению является развертьгаающий операционный усилитель содержащий соединенные последовательно первый масштабный резистор, переключатель второй масштабный резистор, усилитель постоянного тока, релейный элемент, выход которого через третий масштабный резистор подключен к первому входу переключателя и к первой обкладке интегрирующего кон.денсатора, вторая обкладка которого соединена с вторым входом переключателя и с шиной нулевого потешщала, между входом и выходом усилителя постоянного тока включен четвертый масштабный резистор, к входу и выходу усилителя постоянного ток подключены первые вьгаоды соответственно первого и второго токоограничительных резисторов, вторые вьшоды которых подключены к входам дополнительного п еключателя, выход которого через накопительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, первый вход переключателя через соединенные последовательно пропорционально-дифференцирующий элемент, пороговый элемент и элемент НЕ подключен к управляющим входам переключателей 2J. . Недостатком устройства является сравнительно низкая помехоустойчивость. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. С этой целью в развертьшающий операционный усилитель, содержащий интегрирующий усилитель, к входу которого подклю чен первый вывод первого маоитабного резистора, второй вывод которого является первой входной клеммой развертьюающего бперационного усилителя, к вь1ходу интегрирующего усилителя подключен первый вывод второго масштабного резистора, элемент с релейной характеристикой, выход которого является первой выходной клеммой развертывающего операционного усилителя и подключен к первому выводу третьего масштабного резистора, к входу элемента с релейной характеристикой подключен первый вывод четвертого масштабного резистора, первый и второй токоограничительные резисторы, первые выводы которых соединены с входом интегрирующего уснли242теля, введены первый, второй, третий и четвертый оптроны и третий и четвертый токоограничительные резисторы, причем пер°вый входной вывод первого оптрона соединен с вторым входным выводом второго оптрона и с вторым вьгоодом третьего масштабного резистора, второй входной вывод первого оптрона соединен с первым входным выводом вторбго оптрона и с общей шиной элемента с релейной характеристикой, вторые выводы первого и второго токоограничительных резисторов соединены соответственно с первым выходным вьшодом первого оптрона и с вторым выходным вьтодом второго оптрона, второй выходной вьшод первого оптрона подключен к отрицательной шине питания интегрирующего усилителя, первый выходной вывод второго оптрона подключен к положительной шине цитания интегрирующего усилителя, второй вывод второго масштабного резистора соединен с вторым входным вьшодом третьего оптрона и с первым входным выводом четвертого оптрона, второй входной вьшод которого и первый входной вывод третьего оптрона подключены к общей шине интегрирующего усилителя, первый выходной вывод четвертого оптрона и второйвыходной вывод третьего оптрона соединены с вторым выводом четвертого масштабного резистора, первый выходной вьшод третьего оптрона через третий токоограничительный резистор соединен с положительной шиной питания элемента с релейной характеристикой, второй выходной вывод четвертого оптрона через четвертый токоограничительньш резистор соединен с отрицательной шиной питания элемента с релейной характеристикой, общая шина интегрирующего усилителя является второй входной клеммой развертывающего операционного усилителя, второй выходной клеммой которого является общая шина элемента с релейной характеристикой. На фиг. 1 показана функциональная схема предложенного развертьшающего операционного усилителя; на фиг. 2 и фиг. 3 - временные диаграммы сигналов. Усилитель содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 масштабные реэисторы, интегрирующий усилитель 5, элемент . 6 с релейной характеристикой, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 токоограничительные резисторы, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 оптроны, общую шину 15 интегрирующего усилителя, общую шину 16 элемента с релейной характеристикой, отрицательную 17 и положительную 18 шины питания интегрирующего усилителя, отрицательную 19 и положительную 20 шины питания элемента с релейной характеристикой, первую 21 и вторую 22 входные клеммы, первую 23 и вторую 24 выходные клеммы. Развертывающий операционный, усилитель работает следующим образом. Элемент 6 с релейной характеристикой имеет симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения ± В . Его рыходной сигнал представляет собой биполярные импульсы, амплитуда которых определяется напряжением источника питания. При включении выходной сигнал элемента 6 с релейной характеристикой принимает одно из фиксированных состояний, например отрицательное. Это вызывает протекание тока через светодиод первого оптрона 11. Фотодиод первого оптрона 11 откры вается, в через первый токоограничитеяьный резистор 7 протекает ток (фиг. 2 & ). При этом выходной сигнал интегрирующе усилителя 5 иарастает в положительном иау правлении (фиг. 2 а). Как только напряжение на выходе интегрирующего усилителя 5 достигает определеннбго уровня, срабатывает третий оптрон 13, и на вход элемента 6 с релейной характеристикой подается импульс тока (фиг. 2&), под действием которого он переключается (фиг. 2 q ). Пе вый и третий оптроны И и 13 закрываются,-а второй оптрон 12 открывается. Через второй токоограничительный резистор 8 протекает ток (фиг. 2j), что приво дит к уменьшению выходного сигнала интегрирующего усилителя 5 (фиг. 2 а). При некотором значении выходного напряжения интегрирующего усилителя 5, например - В (на фиг. 2ot, принято, что порог переключения третьего 13 и четверто го 14 оптронов соответствует порогам пере ключения элемента 6 с релейной характеристикой), срабатывает четвертый оптрон 14. В результате под действием импульса тока (фиг. 25) элемент с релейной харак тернстикои вновь переключается. В дальнейщем процесс периодически повторяется. При зтом скважность выходных импульсов устройства равна 0,5, что соответствует нулевому уровню постояиной составляющей (фиг. 2а). Наличие сигнала управления приводит к тому, что в один из прлупериодов автоколебаний скорость изменения выходного сиг нала иитегрирующего усилителя 5 определя ется суммой токов, протекающих чер ч первый масщтабный резистор 1 и, например, через второй токоограничительный резистор 8, а в другой полупериод - разностью токов, протекающих через первый масщтабный резистор 1 и через первый токоограничительный резистор 7 (фиг. 2(j-). Это приводит к изменению относительной продолжительности импульсов (фиг. 2 о ), постоянная составляющая которых устанавливается пропорциональной уровню входного сигнала. При отсутствии сигнала помехи, воздействующей на тракт элемента 6 с релейной характеристикой, на выходных клеммах 23 и 24 формируются импульсы, изображенные; на фиг. За. Предаоложим, что в тракте элемента 6 с релейной характеристикой воздействует одаополярная импульсная помеха (фиг. 3S), уровень которой достаточен для его переключения. При отсутствии помехи интервал дискретизации выходного сигнала соответствует значению Т (фиг. Зсд). Наличие сигнала помехи (фиг. 3S) приводит к тому, что элемент 6 с релейной характеристикой пере{ключается раныпе ц&м выходной сигнал интегрирующего усилителя 5 достигнет положительного порога переключения элемента (5 с релейной характеристикой. При зтом интервал дискретизации (фиг. За) уменьшается go величины TQ (фиг. 36). Однако постоянная составляющая выходных импульт сов сохраняется неизменной и пропорциональной уровню входного сигнала. Предположим, что в тракте элемента 6 с релейной характеристикой воздействует биполярная помеха (фиг. ЗБ). Тогда за период ее следования происходит два ложных переключения элемента 6 с релейной характеристикой. Это вызывает в интервале времени Tjjg (фиг. 3 fe) появление ощибки преобразования (фиг. 3 2,) отрицательного значения, так как реальная величина постоянной составляющей выходных импульсов превышает требуемое значение. Однако следующий цикл преобразований Т(, (фиг. 3 6) характеризуется ошибкой противоположного знака (фиг. 3.2). Очевидно, что результирующая ошибка за суммарное время TQ, равна нулю.. Таким образом, в отличие от известного устройства предположенный развертывающий операционный усилитель обладает более высокой помехоустойчивостью.

-eZf

РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОН- НЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий интегрирующий усилитель, к входу которого подключен первый вывод первого масштабного резистора, второй вывод которого является первой входной клеммой развертывающего операционного усилителя, к выходу интегрирующего усилителя подключен первый вывод второго масштабного резистора, элемент с релейной характеристикой, выход которого является первой выходной клеммой развертывающего операционного усилителя и подключен к первому выводу третьего масштабного резистора, к выходу элемента с релейной характеристикой подключен первый вывод четвертого масштабного резистора, первый и второй токоограничительные резисторы, первые выводы которых соединены с входом интегрирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью, повышения помехоустойчивости, в него введены первый, второй, третий и четвертый оптроны и третий и четвертый токоограничнтельные резисторы, причем первый входной вывод первого оптрона соединен с втОрйм входным выводом второго оптрона и с вторым выводом третьего масштабного резистора, второй входной вывод первого оптрона соединен с первым входным выводом второго оптрона и с общей щиной элемента с релейной характеристикой, вторые выводы первого и второго токоограничительных резисторов соединены соответственно с первым выходным выводом первого оптрона и с вторым выходным вьтодом второго оптрона, второй выходной вывод первого оптрона подключен к отрицательной шине питания интегрирующего усилителя, первый выходной вывод второго оптрона подключен к положительной шине питания интегрирующего усилителя, второй вывод второго масштабного резистора соединен с вторым входным вьшодом третьего оптрона и с первым входщым выводом четвертого оптрона, второй входной выход которого и первый входной вывод третьего оптрона подключены к общей шине интегрирующего усилителя, первый йыходной вывод четвертого оптрона и второй выходной вывод третьего оптрона соединены с вторым выводом четвертого масштабного резистора, первый выходной вывод третьего оптрона через третий токоограничительный резистор соединен с положительной ; 1C шиной питания злемвита с релейной характеристикой, второй выходной вьшод четвер4ib того оптрона через четвертый токоограничительный резистор соединен с отрицательной шиной питания элемента с релейной характеристикой, общая шина интегрирующего усищтеля является второй входной клеммой развертывающего операционного усилителя, второй вь1ходиой клеммой которого является об-, щая шина элемента с релейной характеристикой.

/

/

в

в

д ° -a

-t0

Л

т

n

,