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

I1 Изобретение относится к усиЛйтельным устройствам с широтно-импульскым преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, Известен развертьшающий операциои ный усилитель, содержащий сумматор интегратор релейный элемент fl, Однако указанное устройство обладает низкой надежностью работы(всле ствие невозможности определить неисправность во время работы) . Наиболее близким к предложенному является развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем, входящий в состав множительного устройства, которое содержит соединенные последовате.пьно первый сумматор, интегратор, релейный э.пемегт амплитудный модуляторj ключ, выход которого /1вляется выходом устройства, выход релейного элемента подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является входом первого сигнала сог 5ножителя, выход амплитудного модулятора через соединенные последовательно первьш делитель частоты, первый пророртдко™ нально-дифференцирующий блок и первый выпрямитель подключен к первому входу элемента И, выход которого сое динен с управляющшп входом ключа, выход релейного элемента через соединенные последовательно элемент НЕ второй пропорционально-дифферекцирующий блок, второй делитель частоты, третий пропорционально-дифференцирующий блок и второй выпрямитель подключен к , второму входу элемента И выход второго пропордаонально-дифференцирующего блока подключен к перв му входу второго c TviMaTopa, второй вход которого является входом второ то сигнала-сомножителяJ выход второго сумматора соединен с вторым входо амплитудного модулятора .2J, .Недостаток данного устройства обусловлен невысоким быстродействие .диагностирования. Цель изобретения - повьБиение быст родействия диагностирования Для достижения цели в известньш развертывающий операцконньй усилитель с непрерывным контролем, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент5 выход которого подклзонен к первому входу первого суммато 50 pHj второй вход которог(5 является входом операционного усилителя, соединенные последовательно первый делитель частоты, первый пропорционатшио-дифференцирующий блок, первый выпрямитель, выход которого подклю.ен к первому входу элемента И, Соединенные последовательно второй делитель частоты второй пропорционально-дифференцирующий блок, второй выпрямительэ выход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с управляю1ЩИМ входом ключа., выход которого является выходом операционного усилителя, третий: пропориионально-дифференцирующий блок,, второй сумматор3 первый вход которого является дополиительньву входом опсарационного усилиTGJ-IS, введены ключевой элемент с зоной нечувств тельности,, третий выпрямитель -. соединегп1Ь е последовательно дополиктельньм интегратор и дополнительный релейный элемент причем выход дополнительного релейного элемента подключенк второму входу второго сумматора,, выход интегратора ссе,р, с входом ключевого элемента с зоной не .гувствительности. выход ко-г Торого гюдклй чеи к вхо,цу третьего выпркмите,п,ч:; которого соедкнеп с третьам входом второго c vLMaтора, вьгход дополните,пьного репейного э,пемеита через третий ,пропорцио- . калько-дифференцируюжий блок подключен к входу второго делителя ас1оты и дополнительному входу релайного элементаJ выход которого соединен с входом первого делителя частоты к входом ключа. На фиг, 1 изображена функциональная схема предложенного развертывающего операционного усилителя с Непрерывным контролем; на фиг, временные диаграммы сигналов. ьхема вю:иочает первьм сут-шатор интегратор 2, релейный элемент 3} ключевой элемент 4 с зоной нечзшстBviTejTbHocTH, первый и второй делители5 и 5 частоты, второй сутП- атор 7,, первыйу второй и третий пропорционально-дифференцирующие блоки 8„9 и 10, первый, второй и третий выпрямители 11, 12 и 13, дополнительный интегратор 14 дополнительны -,/елейныйэлемент 15, элемент И 16s ключ 17, вход 18, дополнительньй вход 19 и выход 20е

31

Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Первый сумматор 1, интегратор 2 и релейный элемент 3 образуют основной автоколебательный каскад с широтно частотно-импульсной модуляцией.

Релейный элемент 3 имеет симметричные относительно Яу.п:евого уровня порога переключения ±В, Его выходной сигнал неизменен по модуля амплитуды и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания,

При .нулевом значении сигнала управления с входа 18 (фиг. 25) выходной сигнал интегратора 2 (фиг,la) имеет форму симметричной относительно нулевогоуровня пилы, а постоянная составляющая сигнала на выходе релейного элемента 3 (фиг., 2ч) за период автоколебаний Т равна нулю,

Наличие сигнала управления (фиг, 2б) влечет за собой увеличе-- ние периода автоколебаний и измёне,кие скважности импульсов на выходе релейного элемента 3 (фиг, 2«), при этом за период автоколебакх-й постоя мая составляющая имаульсов устакавливается пропорциональной уровню входного сигнала о

Диагностирование работоспособности основного автоколебательного каскада производится с помощы-о первого делителя 5 частоты, первого пропорционально-дифференцирующего блока 8 и первого выпрямителя 11,

Первый делитель 5 частоты преобразует выходной сигнал релейного элемента 3 (фи1. 2 а) в импульсы типа Меандр со средним нулевым значениен (фиг, 2&),

Первьй пропорционально-дифференцирующий блок 8 передает DejpeMeHную составляющую сигнала (фиг,. 2в) на вход первого выпрямителя 11 с минимальными искажениями (фиг 2 г) .

В блоке 8 импульсы выпрямляются (фиг, 2г) и фильтруются (фиг, 23),

Таким образом формируется сигнал логической 1, свидетельствующий о нормальной, работоспособности основного автоколебатель.ного каскада.

Второй делитель б частоты, второй пропорционально-циф(})еренцирующий блок 9 и второй выпрямитель 12 служат для диагностирования трактаj выполняющего о функцию синхронизации

53504

и состоящегс- из ключевого элемента 4 с зоной пет.увствительности,, третьего выпрямителя 13, второго сумматора 7, дополнительного интеграто- с ра 14, дополнительного релейного элемента 15 и третьего пропорционально-дифференцирующего блока. 10,

Ключевой элемент 4 имеет зону нечувствительности ±С, которая правы-.

ig шает зону неоднозначности ±В релей-ного элемента 3, Поэтому, когда сигнал на выходе интегратора 2 имеет амплитуду, не превышающую уровень .1C5 выходное напряжение ключевого

5 элемента 4 с зоной нечувствительности и третьего выпрямителя 13 равно нулю,

Каскад, состоящий из второго сумматора 7, дополнительного интегра2Q тора 14 и дополнительного релейного элемента 15, представляет собой дополнительный каскад с автоколебани- ем с частотно-широтно-импульсной модуляцией ,

25 С помощью источника опорного напряжения, . подключаемого к дополнительному входу 19, устанавливается скважность выходных импульсов дополнительного релейного элемента 15,

„ отличная от величины 0,5 (фиг. 2.е), причем t -сТ. При этом частота 1/Т автоколебаний должна выбираться выше частоты следования импульсов на выходе .релейного элемента 3.

С помощью третьего пропорциональ но-дифференцирующего блока 10 осуществляется формирование импульсов малой длительности (фиг. 2), возни;кающнх синхронно с моментами времени переключения дополнительного релейного элемента 15 (фиг. 2е).

. Наличие сигналов логическая 1 на вьпходах первого и второго выпрямителей 11 и 12 обеспечивает нулевой

уровень напряжения на выходе элемента И 16 типа 2И-НЕ (фиг. 2л).

С целью повьшения быстродействия диагностирования работоспособности каналов преобразования сигнала управления выход третьего пропорционально-дифференцирующего блока 10 подключен к дополнительному входу 21 релейного элемента 3.

Рассмотрим диаграммы сигналов на фиг. 3j полагая, что принудительное переключение релейного элемента 3 происходит при наличии на его дополнительном входе импульса, полярSIIность которого совпадает с попяриостью сигнала на выходе релейного элемента 3. При выбранной частоте автоколебаний (полосе пропускания)и отсутствии сигнала синхронизации на дополнитель ном входе релейного элемента 3 траектория движения развертки на выходе интегратора 2 соответствовала бы циклам t и t сигнала, изображенного на фиг, 3« пунктирной линией. Однако в момент времени t-, на дополнительный вход релейного элемен-та 3 поступает импульс с выхода третьего пропсрционально-дифференцирующего блока Ю (фиг, 3) которьй приводит к принудительному переключению релейного элемента 3 (фиг.3с()о Это вызывает.изменение знака сигнала на его выходе и смену направления развертывающего преобразования В результате ци1ШЫ t « t tl (фиг. За), так как частота автоколебаний дополнительного каскада намного превышает частоту следования имг пульсов на выходе релейного элемента 3. Последующие переключения релейного элемента 3 происходят в моменты времени t , t , t () что приводит к уменьшению амплитуды сигнала развертки н.а выходе интегратора 2 и росту частоты импульсов на выходе релейного элемента 3, Предположим, что в момент времени ta полярность сигналв на входе 18 ,изменилась на противоположную (фиг, Зб). Тогда, начиная с момента времени tj (фиг, 35), релейный элемент 3 переключается импульсами положительной полярности (моменты времени tg-tg). Поэтому траектория выходного сигнала интегратора 2 (фиг, Зе() пролегает вблизи положительно пброга переключения + В релейного элемента 3. В результате частота импульсов на выходе релейного элемента 3 возрастает без изменения постоянной времени Т интегратора 2 и зоны неоднозначности ± В релейного элемента. 3 о Это способствует сохранению требуемой степени помехоустойчивости, которая определяется параметрами Т и В, а также позволяет уменьшить постоянную времени первого пропорционально-дифференцирующего блока 8, Последнее оказывается возможным благодаря увеличению частоты импульсов на выходе первого делителя 5 частоты (фиг. 3 г) . Таким образом, обеспечение синхронирующего сигнала позволяет увеличить быстродействие диагностирования за счет уменьшения постоянной времени первого пропорционально-дифференцирующего блока 8 и сохранить неизменной помехоустойчивость,. Таким образом, несмотря на факт принудительного переключения релейного элемента З постоянная составляющая era выходных импульсов сохраняечся неизменной и пропорциональной.величине сигнала управления. Предположит , что в момент времени t (фиг. 4с() основной автоколебател : ньй каскад оказался неработоспособным. Тогда независимо от пр1-гчин неработоспособности выходной сигнал интегратора 2 увеличт-ваетсяз стремясь достигнуть зоны нас-ьщения, В момент времени t (фиг, Aci) на выходе ключевого элемента 4 с зоной нечувствительности появляется им пульс напряжения (фиг„ 4i)j которьй выпрямляется (фй.г. 4с):. Амплитуда. сигнала на вькоде кнтегра :Ор.а 2 выбирается такой, чтобы при его воздействии на вход второго суъматора 7 в дополнительном автоколйбате.яьном каскаде произошел бы срыв режима автоколебаний. Учитываяр что релейные элементы 3 и, 15 переходят в статическое состояние, сигналы на выходе делителей , 5 и б -частоты таклсе фиксирз ются по уровню (фиг, 45). Это влечет за собой появление на выходах первого и второго выпрямите.пей 11 и 12 сигнала логический О В результате на выходе элемента И 16 формируется сигнал лог.ическая 1, под действием, которого ключ 17 размыкается. Предполож -1м,, что неисправность возникает в тракте формирования сигнала синхронизации„ В этом случае сигнал на выходе третьего пропорциональко-дифференцируюя1его блока 10 равен нулю5 второй делитель 6 частоты переходит з статическое состояние, а вьпсодное напряжение второго пропорциональнодифференцирующего блока ,9 и второго выпрямителя 9 меньшайтся до нуля, Это влечет за собой форгугирование на выходе элемента И 16 сигкэла логическая 1 и отключение выхода релейного элемента 3 от выхода 20. Таким образом, практически любая неисправность влечет за собой отключение релейного элемента 3 от выхода 20. По сравнению с устройствомпрототипом в предложенном развертывающем операционном усилителе обеспечивается быстродействующее диагностирование неисправности.

РАЗВЕРТЫВАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТРОЛЕМ, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к первому входу первого сум- матора, второй вход которого является входом операционного усилителя, соединенные последовательно первый делитель частоты, первый пропйрцнонально-дифференцирующий блок, первый выпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенные последовательно второй делитель частоты, второй пропорционально-дифференцирующий блок, второй выпрямитель, выход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого является выходом операционного усилителя, третий пропорционально-дифференцирующий блок, второй сумматор, первый вход которого является дополнительным входом операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьипения быстродействия диагностирования, в него введены ключевой элемент с зоной нечувствительности, третий вьтрямитель, соединенные последовательно дополнительный интегратор и дополнительньй релейный элемент, причем выход дополнительного релейного элемента подключен к второму входу (Л С второго сумматора, выход интегратора соединен с входом ключевого элемента с зоной нечувствительности, г выход которого подключен к входу третьего выпрямителя, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, выход дополнитель4 СП ного релейного элемента через третий пропорционально-дифференцирующий СО блок подключен к входу второго делиел теля частоты и к дополнительному входу релейного элемента, выход которого соединен с входом первого делителя частоты и с входом ключа.

W

Г7