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

того и десятого масштабных резисторов подключены к шине нулевого потенциала, уг1равляюш,ие входы первого и второго ключей подключены к нервому выходу генератора прямоугольных импульсов, второй выход которого подключен к управляюш,им входам третьего и четвертого ключей, вход генератора прямоугольных импульсов является шиной управляюш,его сигнала релейного операционного усилителя.

РЕЛЕЙНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий разделительный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соедиH(fH с первым выводом первого масштабного резистора, с первой обкладкой дифференцирующего конденсатора и с первым электродом первого ограничительного диода, вторая обкладка дифференцирующего конденсатора соединена с первым выводом второго масштабного резистора и с первым электродом второго ограничительного диода, второй электрод которого соединен с вторым электродом первого ограничительного диода, релейный элемент, выход которого подключен к второму выводу вторичной обмотки разделительного трансформатора, операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключены первые выводы третьего, четвертого и пятого масщтабных резисторов, второй вывод пятого масштабного резистора подключен к выходу операционного усилителя, выход операционного усилителя является выходной клеммой релейного операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона величины изменения входного сигнала, Б него введены генератор прямоугольных импульсов, фазоинвертирующий усилитель, сглаживающий конденсатор, первый, второй, третий и четвертый ключи, щестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый масщтабные резисторы, а разделительный трансформатор содержит дополнительную первичную обмотку, входы первого и второго ключей являются соответственно первой и второй входными клеммами релейного операционного усилителя, выход первого ключа подключен к первому выводу дополнительной первичной обмотки разделительного трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом первичной обмотки и является третьей входнойклеммойрелейногооперационного усилителя, выход второго ключа подключен к второму выводу первичной обi мотки разделительного трансформатора, вторые выводы первого и второго масштаб(Л ных резисторов объединены и через сглаживающий конденсатор подключены к щине нулевого потенциала, первый вывод второго масштабного резистора соединен с входом релейного элемента, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соединен с входом фазоинвертирующего усилителя, выход которого подключен к второму выводу | третьего масщтабного резистора, выход релейного элемента соединен с вторым выводом четвертого масштабного резистора, 00 первые выводы шестого и седьмого масщтабных резисторов подключены к второму выю воду третьего масштабного резистора, второй вывод седьмого масштабного резистора через восьмой масштабный резистор соединен с первым выводом третьего масштабного резистора, второй вывод шестого масштабного резистора через третий ключ соединен с вторым выводом седьмого масштабного резистора, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соединен с первым выводом девятого масщтабного резистора и через четвертый ключ соединен с первым выводом десятого масщтабного резистора, вторые выводы девя

t ;,„ Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-частотно-импульспым преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Известен релейный операционный усилитель, содержащий широтно-импульсный модулятор, релейный элемент, переключатель, фильтры, сумматор 1. Однако это устройство характеризуется узким диапазоном величин входного сигнала. Наиболее близким к изобретению является релейный операционный усилитель, содержащий разделительный трансформатор с двумя обмотками, первый вывод первой обмотки подключен к первому выводу первого масштабного резистора, к первому электроду первого ограничительного диода, к первой обкладке дифференцирующего конденсатора, вторая обкладка KOTOpoio соединена с первым электродом второго ограничитель)1ого диода, второй электрод которого соединен с вторым электродом первого ограничительного диода, вторая обкладка дифференцирующего конденсатора через второй масштабный резистор соединена с первым выводом третьего масштабного резистора и с входом релейного элемента, выход которого соединен с вторым выводом первой обмотки разделительного трансформатора, выход релейного элемента через фильтр подключен к первому входу выходного сумматора, дополнительный трансформатор, первый вывод обмотки которого является первой входной шиной, а второй вывод первой обмотки соединен с первым выводом второй обмотки разделительного трансформатора, второй вы под которой является второй входной щиной, первый вывод второй -обмотки дополнительного трансформатора подключен к шине нулевого потенциала, второй вывод второй обмотки через дополнительный фильтр соединен с вторым входом выходного сумматора 2. Недостатком известного устройства является сравнительно малый диапазон изменения величины входного сигнала и низкое быстродействие. Целью изобретения является повышение быстродействия и расщирение диапазона изменения величины входного сигнала. Цель достигается тем, что в релейный операционный усилитель, содержащий разделительный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соединен с первым выводом первого масштабного резистора, с первой обкладкой дифференцирующего конденсатора и с первым электродом первого ограничительного диода, вторая обкладка дифференцирующего конденсатора соединена с первым выводом второго масштабного резистора и с первым электродом второго ограничительного диода, второй электрод которого соединен с вторым электродом первого ограничительного диода, релейный элемент, выход которого подключен к второму выводу вторичной обмотки разделительного трансформатора, операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подкотючены первые выводы третьего, четвертого и пятого масштабных резисторов, второй вывод пятого масштабного резистора подключен к выходу операционного усилителя, выход операционного усилителя является выходной клеммой релейного операционного усилителя, введены генератор прямоугольных импульсов, фазоинвертирующий усилитель, сглаживающий конденсатор, первый, второй, третий и четвертый ключи, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый масштабные резисторы, а разделительный трансформатор содержит дополнительную первичную обмотку, входы первого и второго ключей являются соответственно первой и второй входными клеммами релейного операционного усилителя, выход первого ключа подключен к первому выводу дополнительной первичной обмотки разделительного трансформатора, второй вывод которой соединен с первым выводом первичной обмотки и является третьей входной клеммой релейного операционного усилителя, выход второго ключа подключен к второму выводу первичной обмотки разделительного трансформатора, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов объедийены и через сглаживающий конденсатор подключен к шине нулевого потенциала, первый вывод второго масштабного резистора соединен с входом релейного элемента, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соединен с входом фазоинвертирующего усилителя, выход которого подключен к второму выводу третьего масштабного резистора, выход релейного элемента соединен с вторым выводом четвертого масштабного резистора, первые выводы шестого и седьмого масштабных резисторов подключены к второму выводу третьего масштабного резистора, второй вывод седьмого масштабного резистора через восьмой масштабный резистдр соединен с , первым выводом третьего масштабного резистора, второй вывод шестого масштабного резистора через третий ключ соединен с вторым выводом седьмого масштабного резистора, первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора соединен с первым выводом девятого масштабного резистора и через четвертый ключ соединен с первым выводом десятого масштабного резистора, вторые выводы девятого и десятого масштабных резисторов подключены к шине нулевого потенциала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к первому выходу генератора прямоугольных импульсов, второй выход которого подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей, вход генератора прямоугольных импульсов является шиной управляющего сигнала релейного операционного усилителя. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого релейного операционного усилителя; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов. На фиг. 1 обозначены первый и второй .ключи 1 и 2, разделительный трансформатор 3, первый и второй ограничительные диоды 4 и 5, дифференцирующий конденсатор 6, сглаживающий конденсатор 7, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый масштабные резисторы 8-17, фазоинвертирующий усилитель 18, релейный элемент 19, третий и четвертый ключи 20 и 21, операционный усилитель 22, генератор 23 прямоугольных импульсов, первую, вторую и третью входные клеммы 24-26, шина 27 управляюшего сигнала 27-и выходная клемма 28 релейного операционного усилителя. Трансформатор 3 содержит первичную обмотку 29, дополнительную первичную обмотку 30 и вторичную обмотку 31. Релейный операционный усилитель работает следующим образом. Основной канал преобразования входных сигналов включает в себя разделительный трансформатор 3, девятый масштабный резистор 16, операторный четырехполюсник, образованный первым и вторым ограничительными диодами 4 и 5, дифференцирующим конденсатором 6, первым и вторым масштабными резисторами 8 и 9 и сглаживающим конденсатором 7, релейный элемент 19. Релсии ш элемент 19 имеет инвертирующую пе;лю гистерезиса и симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения ±В. Выходной сигнал релейного элемента 19 фиксирован по модулю амплитуды и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания. Под воздействием выходного сигнала релейного элемента 19 (фиг. 26) происходит насыщение разделительного трансформатора 3 и в его первой обмотке возникает «бросок тока. При этом на девятом масштабном резисторе 16 формируется импульс напряжения (фиг. 2с), амплитуда которого превыщает пороговый уровень ±В релейного элемента 19. Релейный элемент 19 переключается и его выходной сигнал меняет свой знак на противоположный (фиг. 26). После изменения знака начинается процесс перемагничивания разделительного трансформатора 3, который длится до тех пор, пока вновь не произойдет переключение релейного элемента 19. При отсутствии сигнала на одной из входных клемм 24 или 25 относительно третьей входной клеммы 26 скважность импульсов на выходе релейного элемента 19 равна 0,5, что соответствует нулевому уровню их постоянной составляющей. Наличие сигнала на одной из клемм 24 или 25 влечет за собой изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 19. В интервале времени несовпадения знаков выходного сигнала релейного элемента 19 и входного сигнала (фиг. 2д) длительность перемагничивания разделительного трансформатора 3 определяется разностью токов в его вторичной и первичных обмотках, а при совпадении знаков сигналов - суммой токов в этих обмотках. При этом сигнал, формируемый на девятом масштабном резисторе 16, смещается «вертикально относительно нулевого уровня (фиг. 2г) на величину, пропорциональную входному сигналу. Одновременно происходит изменение скважности импульсов на выходе релейного элемента 19 (фиг. 2(3), постоянная составляющая которых за период автоколебаний также пропорциональна величине входного сигнала. Фазоинвертирующий усилитель 18 и управляемый сумматор, образованный третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым масштабными резисторами 10-15, третьим ключом 20 и операционным усилителем 22, позволяют выделить полезную составляющую сигнали „сформированного на девятом масштабH(JM резисторе 16 и уменьшить пульсацни. зависящие от параметров разделительного трансформатора 3 и компенсируемые в этом управляемом сумматоре с помощью выходнога сигнала релейного элемента 19. Коэффициент передачи фазоинвертируюн1е|-о усилителя 18 принимается равным единице. Тогда коэффициент передачи образованного управляемого сумматора для сигналов с выхода релейного элемента 19 должен быть меньше единицы (фиг. 16,д, что обеспечивает подавление пульсаций сигнала (фиг. 2а, г) за счет выходных импульсов релейного элемента 19. В результате на выходной клемме 28 формируется сигнал (фиг. Чв.е} пропорциональный уровню входного сигнала.

Подобный метод выделения полезной составляюшей позволяет уменьшить инерционность фильтра в прямом канале преобразования, что повышает быстродействие.

С помощью первого и второго ключей 1 и 2, управляемых противофазно с первого выхода генератора 23 прямоугольных импульсов , возможно подключение входных сигналов разной величины. На выходах генератора 23 прямоугольных импульсов формируются гальванически разделенные и синфазные сигналы, частота которых определяется величиной сигнала на шине 27. Кроме того, частота прямоугольных импульсов

должна Быбираться минимум в 10 раз меньше частоты автоколебаний. При отсутствии сигнала на выходе генератора 23 прямоугольных импульсов первый и вто, рой ключи 1 и 2 находятся в таком состоянии, что, например, как это изображено на фиг. 1, первый ключ 1 замкпут, а второй ключ 2 разомкнут. И входной сигнал приходит в этот момент времени с первой входной клеммы 24. Кроме того, при замыкании четвертого ключа 21 происходит изменение (уменьшение) коэффициента передачи релейного операционного усилителя, необходимое при коммутации уровней входного сигнала при помоши первого и второго ключей 1 и 2. Но периодическая коммутация входной цепи влечет за собой изменение уровня пульсаций на девятом масштабном резисторе 16.

В результате изменяется уровень пульсаций сигнала на выходной клемме 28. Для

0 исключения этого недостатка изменяется коэффициент передачи с помощью третьего ключа 20. В результате уровень пульсаций сигнала на выходной .клемме 28 сохраняется независимым от параметров входной цепи.

Таким образом, предлагаемый релейный операционный усилитель, по сравнению с известным устройством, обладает более высоким быстродействием и более широким диапазоном изменения величины входного сигнала.

а

J.

О

6 О

-в

е о

4ф

f

Фиг. 2