Решающий усилитель Советский патент 1985 года по МПК G06G7/12 G06G7/186 

« Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в различны устройствах для выполнения операций интегрирования, дифференцирования или усиления аналоговых сигналов. Известен интегратор, содержащий операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен конденсатор, а на инвертирующем входе резистор П. Недостатками данного интеЬратора являются невозможность выполне|ния операций дифференцирования или Iусиления аналоговых сигналов, а также практически невозможность |Интегрального изготовления по единой МОП-технологии. Наиболее близким по технической сущности кизобретению является интегратор, содержащий операционнь усилитель, вь1ход которого соединен с инвертирующим входом Лосредством конденсатора, а вход устройства соединен с инвертирующим входом оп рационного усилителя посредством ячейки коммутирующего конденсатора причем управление коммутаторами-кл чами последней осуществляется от генератора, имеющего два импульсных противофазных выхода, с кото;рых на управляющие входы ключевых элементов подаются импульсные напряжения 2 . Однако недостатком известного интегратора является невозможность выполнения операций дифференцирования или усиления сигналов. . Цель изобретения - расширение класса выполняемых математических операций. Для достижения цели в решающий усилитель, содержащий операционньй усилитель, первый мостовой ключ, в одну диагональ которого включен первый накопительньй конденсатор, а другая диагональ включена между входом решающего усилителя и инвертирующим входом операЦионного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход является выходом решающего усилителя, второй накопительный конденсатор и генератор импульсов, введены второй мостовой ключ, два триггера, два элемента И и два элемента ИЛИ, 22 причем второй накопительный конденсатор включен в одну из диагоналей второго мостового ключа, вторая диагональ которого включена между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, входы триггеров являются входами управления режимом работы решающего усилителя, первые выходы первого и второго триггеров подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые выходы первого и второго триггеров соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора импульсов, вторым выходом соединенного с вторыми входами первого и второго элементов И, управляющие входы ключей противоположных сторон первого мостового ключа подключены попарно к вькодам соответственно первого элемента И и первого элемента ИЛИ, а управляющие входы ключей противоположных сторон второго мостового ключа подключены попарно к выходам соответственно второго элемента И и второго элемента ИЛИ. Это позволяет расширить класс математических операций путем выполнения, кроме операции интегрирования, операций дифференцирования или усиления аналоговых сигналов, причем отсутствие в решающем усилителе резистивных элементов приводит к возможности интегрального изготовления всей схемы в едином кристалле, используя МОП-технологию. На фиг.1 приведена схема решающего усилителя; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая его работу. Решающий усилитель содержит вход 1 для подключения источника сигналов, операционньй усилитель 2, первый мостовой ключ 3 с первым накопительным конденсатором 4, состоявдай из первого 5 и второго 6 ключей первой пары ключевьк элементов и первого 7 и второго 8 ключей второй пары ключевых элементов ключи 9-12, образующие второй мостовой ключ 13, второй накопительный конденсатор 14, включенный в диагональ второго мостового 13. Кроме того, решающий усилитель содержит первый 15 и второй 16 элементы И и первый 17 и второй 18 элементы ИЛИ, а также первый триггер 19-с первым 20 и вторым 21 выхо дами, второй триггер 22 с первым 23 и вторым 24 выходами. Внешние управляющие сигналы подаются на входы 25 и 26, Генератор 27 импульсов имеет первьй 28 и второй 29 выходы Решающий усилитель работает следующим образом. Для осуществления режима интегрирования входного аналогового сигнала, поступающего на вход 1 решающего усилителя, первьй мостовой ключ 3 с конденсатором 4 должен работать в режиме переключения, в этом случае он эквивалентен частотно-независимому элементу - резистору с номиналом R г- где Т период следования импульсов с выхода генератора 27; С/| - емкость коммутируемого конденсатора 4. Дополнительньй мостовой ключ 13 с конден сатором 14 при этом должен соответствовать частотно-зависимому емкостному элементу. Для этого необходимо, чтобы ключи 10 и 11 бьши в открытом состоянии, а ключи 9 и 12 - в закрытом. Чтобы обеспечить такой режим работы для основного 3 и дополнительного 13 мостовых ключей, на вход 25 второго триггера.2 .подают управляющий сигнал, устанавливающий на его первом выходе 23 :нулевой потенциал, а на втором его выходе 24 - высокий потенциал (фиг.2в), а на вход 26 первого триггера 19 подают управляющий сигнал, устанавливающий на его первом выходе 20 высокий потенциал, а на втором его выходе 21 - низкий потенциал (фиг.2а). При указанном состоянии триггеров 19 и 22 на входы второго элемента РШИ 18 поступают сигналы: первьй - сигнал высокого уровня с выхода 24 триггера 22, второй - серия импульсов с выхода 29 генератора 27, в результате чего на выходе элемента ИЛИ 1 всегда высокий потенциал (фиг.2(1), которьй поддерживает ключи 10 и 11 в открытом состоянии. Б то же время на входы второго элемента И 16 также поступают два сигнала: первый - сигнал с первого вы2223 триггера 22, имеющий низкий уровень, второй - серия импульсов с выхода 28 генератора 27, в результате чего на выходе элемента И 16 сигнал отсутствует и ключи 9 и 12 мостового ключа 13 находятся в закрытом состоянии (фиг.2{). Таким образом, ключи 9-12 включены так, что в цепи обратной связи операционного усилителя 2 постоянно включен конденсатор 14. В это же время мостовой ключ 3 с конденсатором 4 работает в режиме переключения . Этот режим обеспечивается тем, что на выходах первого элемента ИЛИ 17 и первого элемента И 15 находятся соответственно серии импульсов, сдвинутых на период (фиг.2а), так как на первьй вход элемента И 15 поступает разрешающий высокий уровень с выхода 20 триггера 19, а на второй вход элемента И 15 - серия импульсов с. вь1хода 29 генератора 27, которая и оказывается на выходе элемента И 15. Па первьй вход первого элемента ИЛИ 17 подается низкий уровень напряжения с выхода 21 триггера 19, а на второй вход элеменга ИЛИ 17серия импульсов с выхода 29 генератора 27, поэтому на выходе эле- . мента ИЛИ 17 будет также серия импульсов, в результате чего ключи 6 и 7 периодически включаются,причем последние включаются в противофазе с ключами 5 и 8. Таким образом, при указанном состоянии триггеров 19 и 22 (фиг.2а) мостовой ключ 13 подключает в цепь ОС операционного усилителя конденсатор 14, а мостовой ключ 3 с конденсатором 4 соответствует частотно-независимому элементу - резистору и, следовательно, в этом режиме имеет классическзто схему интегратора на операционном усилителе. Для обеспечения режима дифференцирования необходимо поменять режим работы основного 3 и дополнительного 13 мостовых ключей. Это достигается подачей соответствующих управляющих сигналов на входы 25 и 26 (фиг.2с). Принцип действия аналогичен вышеуказанному . Для обеспечения режима усиления аналоговых сигналов оба мостовых

ключа 3 и 13 работают в режиме переключения, что эквивалентно включению на инвертирующем входе и в цепи обратной связи ОУ соответствующих резисторов с номиналами

Т Т

isr- и , где C,/t - емкость коммуt,. ц.

тируемого конденсатора 14.

Чтобы обеспечить этот режим, необходимо на входы 25 и 26 подавать сигналы, при которых на первом выходе 20 триггера 19 находится высокий потенциал, на его втором выходе 21 - низкий (фиг.28), на первом выходе 23 триггера 22 также высокий

потенциал, на его втором выходе 24 низкий (фиг.2б).

Таким образом, технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с базовьм объектом 13 заключаются в том, что предложенная структура позволяет .перестраивать режим работы решающего усилителя, обеспечивая соответственно режим интегрирования, дифференцирования и усиления аналоговых сигналов. Поэтому предлагаемое устройство значительно расширит класс решаемых математических операций с всзможностью его интегрального исполнения по единой МОП-технологии.

i

гг

7

fS

29

Ш Слez/fft/poSffffi/

I ff((pe/ e tfi/pc ff f

I

a

Ф1/г.2

t/cc//fe /jf о

.РЕШАЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий операционньй усилитель, мостовой ключ, н одну диагональ которого включен накопительный конденсатор, а другая диагональ включена мезкду входом решающего усилителя и инвертирующим входом операционного усилителя, нёинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, а выход является выходом решающего усилителя, второй накопительный конденсатор и генератор импульсов, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения класса выполняемых математических операций, в него введены второй мостовой ключ, два триггера, два элемента И и два элемента ИЛИ, причем второй накопительный конденсатор включен в одну из диагоналей второго мостового ключа, вторая диагональ котороговключена между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, входы триггеров являются входами управления режимом работы решающего усилителя, первые выходы первого и второго триггеров подключены к первьм входам соответственно первого и второго элементов И, вторые выходы первого и второго триггеров соединейы с e первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с первьм выходом генератора импульсов , вторым выходом соединенного с вторыми входами первого и второго элементов И, управляющие входы ключей противоположных сторон йервого мостового ключа подключены попарно к выходам соответственно первого элемента И и первого элемента ИЛИ, а управляющие входы 1ч9 ключей противоположньпс сторон втоto рого мостового ключа подключены попарно к выходам соответственно второго элемента И и второго элемента ИЛИ.