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

Изобретение относится к -усилител ным устройствам с широтно-импульсны преобразованием сигналов и может бы использовано в аналоговых вычислите ных мапшнах.. Известея развертывающий операцио ный усилитель, содержащий операцион ный усилитель, релейный элемент, од вибратор, фазоинвертор, ключи, инте шрующий конденсатор и масштабный резистор l3 Недостатком такого устройства яв ляется низкая точность работы. Наиболее близким к предложенному является развертывающий операционны усилитель, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, пе вый интегратор, второй сумматор, пе вый релейный элемент, третий сумматор, второй интегратор, -четвер-тый сумматор, второй релейный элемент, выход которого подключен к второму входу третьего сумматора, вькод первого релейного элемента соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого является входом устройства и подключен к входу выпрямителя, выход которого соединен С первым входом амплитудного мо дулятора, второй вход которого подключе н к выходу первого релейного элемента, выход амплитудного модулятора подключен к вторым входам второго и четвертого сумматоров JYJ Однако известный развертывающий усипитель характеризуется относительно низкой точностью работы. Целью изобретения является повышение точности работы, усилителя. Поставленная цель достигается тем, что в развертывающий операцион ный усилитель, содержащий соединенные последовательно интегратор и первый сумматор, к второму входу ко торого подключен выход амплитудного модулятора, соединенные последовательно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является вы ходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый .сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, первый вход четвертого сзжматора является первым входом развертьгеающего операционного усилителя, введены операционный усилитель, масштабный резистор, функциональный преобразователь и фазоинвертор, причем выход первого сзт матора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, с входом интегратора и через маештабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход третьего сумматора подключен к входу вьтрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя. На фиг, 1 представлена функциональная схема предложенного развертывающего операционного усилителя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы сигналов. На схеме (фиг,1) обозначены интегратор 1, операционный усилитель 2, масштабный резистор 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 сумматоры, амплитудный модулятор 8, функциональный преобразователь 9, выпрямитель 10 с зоной нечувствительности, фазоинвертор 11, релейный элемент 12, первый 13 и второй 14 входы и выход 15, Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом. Операционный усилитель 2 и масштабный резистор 3 в совокупности образуют релейный элемент с симмет- . ричными относительно нулевого уровня порогами переключения + В, Начальная величина порогов переключения определяется масштабным резистором 3, Выходной сигнал операционного усилителя 2 неизменен по модулю амплитуды и меняется только itb знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания. Интегратор 1, операционный усилитель 2, масштабный резистор 3 и первый сумматор 4 образуют каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний, который выполняет функции генератора несущих колебаний.

При отрицательной полярности выходного сигнала операционного усилителя 2 (фиг.2,а) сигн.ал на выходе интегратора 1 нарастает до тех пор, пока не достигнет уровня поло тельногр порога переключения, В этом случае происходит изменение знака выходного сигнала операционного усилителя 2 и 5гменьшение амплитуды выходного сигнала интегратора 1 до момента времени очередного переключения операционного усилителя 2. В дальнейшем процесс периодически повторяется. Выходной пилообразный сигнал интегратора 1 служит для управ ления моментами переключения релейного элемента 12 и преобразования управляющего сигнала, подаваемого на второй вход 14, в широтно-импульсный сигнал с постоянной частбтрй следования импульсов и скважностью , зависящей от уровня управлякицего сигнала.

Второй сумматор 5 служит для суммирования выходного напряжения интег ратора .1 с напряжением с второго входа 14.

Релейный элемент 12 имеет нулевое значение порогов переключения. Его выходной сигнал может дискретно меНяться в пределах, определяемых напряжением питания.

Под действием управляющего сигнала (фиг.2,8) прдисходит вертикальное .смещение пилообразного напряжения на выходе второго сумматора 5 (фиг.2,г), что приводит к изменению: скважности импульсов на выходе 15 (фиг.2,д), постоянная составляющая который пропорциональна величине управляющего сигнала (фиг.2,Б).

С помощью фазоинвертора 11 выход ной сигнал второго сумматора 5 (фиГ. 2) инвертируется (фиг.2е) и подается на вход третьего сумматора 6.

В- третьем сумматоре 6 происходит , суммирование выходных сигналов интегратора 1 (фиг.7,а) и фазоинвертора 11 (фиг.2,е). Коэффициенты переда чи третьего сумматора 6 по отношению к его входным сигналам выбираются таким образом, чтобы за счет выход-ного сигнала интегратора 1 подавить пилообразные пульсации выходного напряжения фазоинвертора 11, В результате на выходе третьего сумматора 6 формируется сигнал (фиг.2,-)

пропорциональный величине управля-, ющего сигнала.(фиг,2,Ь), но инвертированный по знаку.

Введение третьего сумматора 6 и фазоинйертора 1f необходимо для того, чтобы сохранить неизменной величину входного сопротивления,

Вьшрямитель 10 с зоной нечувствительности имеет зону нечувствительности + С (фиг,2,). До тех пор, пока выходной сигнал третьего . матора 6 (или управляющий сигнал с второго входа 14) находится в зоне нечувствительности, коэффициент ускпения развертывающего операционного усилителя определяется амплитудой выходного напряжения интегратора 1 (фиг.2а) или амплитудой пилообразной составляющей выходного сигнала второго сумматора 5 (фиг.22) при условии, что он осуществляет ,не только функции сумматора, но и усилителя. Полоса пропускания развертывающего операционного усилителя при этом определяется частотой автоколебаний автоколебательного каскада и соответствует ее 50%-ному значению .

Сигнал на выходе амплитудного модулятора 8 повторяет форму выходного сигнала операционного усилителя 2 /(фиг.2,а) и синфазен по отношению к его входному сигналу (фиг,25), Амплитуда импульсов на выходе амплитудного модулятора 8 пропорциональна уровню сигнала на выходе червертого сумматора 7, Таким образом, пока сигнал на выходе выпрямителя 10 равен нулю, импульсы на выходе амплитудного модулятора 8 отсутствуют, и пороги переключения операционного, усилителя 2 (частота автоколебаний) определяется параметрами контура положительной обратной связи операционного усили;теля 2,Функциональный преобразователь 9 определяет закон изменения коэффициента усиления и полосы пропускания развертывающего операционного усилителя в функции управляющего сигнала. Например, функциональный преобразователь 9 может выполнять функции квадратичного, обратно пропорционального и других законов управления и быть реализованным на основе диодно-резистор- . ных функциональных преобразователей.

Зона + С выпрямителя 10 определяет тот уровень управляющего сигн|1ла.

начиная с которого осуществляется одновремеиное изменение коэффициента усидения и полосы пропускания развертывающего операционного усилителя, .В общем случае пороги + С могут быть несимметричными относительн нулевого уровня.

Предположим, что в момент времени Чд (фиг,3,8|) управляющий сигнал (сигнал на выходе сумматора 6) превы сил зону нечувствительности. Тогда на выходе сумматора 7, а также функционального преобразователя 9 появляется аналогичный сигнал, который преобразуется амплитудным модулятором 8 в импульсы со средним нулевым значением. Выходные импульсы амплитудного модулятора 8 суммируются вьЬсодныьш импульсами контура положительной обратной связи операцион ного усилителя 2, в результате чего происходит увеличение порогов переключения автоколебательного каскада (фиг . 3,0 ). Это приводит к уменьшению частоты автоколебанй й и росту амплитуды выходного пилообразного напряжения 1. Одновременно увеличивается амплитуда пыли на выходе сумматора 5 (фиг.3,6). Изменение частоты автоколебаний влечет за собой изменение его полосы равномерного пропускания частот. Кроме того, меняется соотношение амплитуды пилообразного напряжения и постоянной составляющей : на выходе сумма- тора 5, что влечет за собой изменение скважности импульсов на выходе 15 (фиг.Зх), т.е. изменяется егр коэффициент передачи (усиления). С помощью корректирующего сигнала с первого входа 13, подаваемого на вход сумматора 7, можно осуществ-г лять коррекцию полосы пропускания и коэффициента усиления развертывающего операционного усилителя.

Таким образом, по сравнению с известным предположенный разверты-вающий операционный усилитель обладает более высокой точностью работы за счет активной компенсации пилообразных пульсаций сигнала, выделения полезного сигнала без применения инерционных фильтров, обеспечения прстоянств а величины входного сопротивления.

ft

-В

РАЗВЕРТЬГОАЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно интегратор и первый сумматор, к второму входу которого подключен выход амплитудного модулятора, соединенные последовательно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, причем первый вход четвертого сумма- , тора является первым входом развертывающего операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности в него введены операционный усилитель, масштабный резистор, функциональный преобразователь и фазоИнвертор причем выход первого сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом амлитудного модулятора, с входом цнтегратора и через масштабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и W третьего сумматоров, выход третьего сумматора подключен к выходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым, входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор 9) 9 соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.

Фиг Z В а О Х. v V тл Л -; л -иш-- |Г -X-X- X-X- 6 о -с

. ч/ уу .у f Л А . Л

6 О