Развертывающий усилитель Советский патент 1985 года по МПК G06G7/12 

1 Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в анслоroBEjx вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение точности работы. На фиг. 1 изображена функц 1ональ ная схема предложенного развертывающего усилителя; на фиг. 2-5 - временные диаграммы сигналов. Усилитель содержит основной релейньй элемент 1, группу , релейных элементов, первый 3 и второй 4 сумматоры, интегратор 5, вход 6 и выход 7 развертывающего усилителя Развертывающий усилитель работает следующим образом. Основной релейньй элемент 1 и группа 2 релейных элементов, число которых в группе должно быть четным имеют симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения +В, Выходной сигнал релейных элементов изменяется дискретно в преде лах +А. Коэффициенты передачи перво го и второго сумматоров 3 и 4 приня ты равными единице. Интегратор 5 имеет неинвертирующую функцию передачи. Ограничимся рассмотрением вариан та, который предполагает наличие трех релейных элементов (фиг. 2б), имеющих пороги переключения ±В, tB и +Вг, причем Считаем, что в начальньш момент времени t О, релейные элементы на ходятся в состоянии +А (фиг.2в,г,д) и сигнал на входе 6 равен нулю {фиг.2а). В этом случае на выходе 7 формируется импульс с амплитудой, равной ЗА (фиг.2е), а выходной сигнал интегратора 5 нарастает в поло жительном направлении (фиг.26). В момент времени t (фиг.2б) основной релейньй элемент 1 переключается и сигнал на его выходе (фиг.2в) .меняет знак на противоположный. Это влечет за собой уменьшение амплитуды сигнала на выходе 7 У() до уровня -ьА (фиг.2е) и снижение темпа нарастания выходного си.нала интегратора 5 (фиг.2б). В момент времени t (фиг.2б) в состояние - А переходит релейный 82 элемент 2 (фиг.2г), а сигнал на выходе 7 (фиг.2е) меняет знак на противоположньш. В следующем цикле преобразования сигнал на выходе интегратора (фиг.2б) нарастает в отрицательном направлении. В момент времени выполнения условия равенства выходного сигнала интегратора 5 порогу, равному -В , происходит переключение релейного элемента 1 (фиг.2бив) и на выходе 7 формируется импульс положительной полярности (фиг.2е). За время 1 этап ориентации состояний релейных элементов 1,2 и 2 заканчивается. Релейные элементы 2 и 2 находятся з противоположных состояниях (фиг. 2г и д), а в режим автоколебаний входит тракт, образованньш интегратором 5 и релейным элементом 1 (фиг.2в). Учитывая, что сигнал на входе 6 равен нулю (фиг.2а), в течение времени Тр (фиг.2в и е) выходное напряжение усилителя (постоянная составляющая) равно нулю. Предположим, что в момент времени tj (фиг.2а) сигнал x-(t) увеличился скачком на величину x(t) (. х. ,где А - первая зона изменения сигнала на входе 6, при которой состояние релейных элементов 2 и 2 противоположны (фиг.2г ид). Тогда за время Т02(Фчг.2в и е) постоянная составляющая сигнала на выходе 7 пропорциональна величине сигнала на входе 6. Происходит это вследствие того, что в один из полупериодов автоколебаний сигнал на выходе интегратора 5 (фиг.26) изменяется под действием суммы сигналов на входах первого сумматора 3 (фиг.2а и е), а в другой полупериод - под действием разности этих сигналов. 1 Предположим, что в момент времени t 4. (фиг.2а) сигнал на входе 6 увеличился до величины х ,dx(t): 1 Х2, где (х2 - х-,) - вторая зона изменения амплитуды сигнала на входе 6. Тогда, вследствие того, что x(t) - |Убыч()1 О, выходной сигнал интегратора 5 (фиг.2б) будет продолжать изменяться в положительном направлении. При Бьтолнении условия равенства выходного сигнала интегратора 5 порогу В переключения релейного элемента 2 не произойдет, так как он находится в отрицательном сос тоянии (фиг.2г), а в момент времен равенства выходного сигнала интегр тора 5 порогу В (фиг.2б) релейньш блок 2 2 переключается (фиг,2д) и его выходной сигнал станет равным -А. Это влечет за собой увеличение амплитуды сигнала на выходе 7 до уровня -ЗА (фиг.2е). При этом на выходе первого сумматора 3 результирующий сигнал окажется отрицательным и выходной сигнал интегра тора (фиг.26) начнет изменяться в отрицательную сторону. При равенстве выходного сигнала интегратора 5 порогу В - релейный элемент 1 переключается (:фиг,2б и а амплитуда импульсов на выходе 7 снизится до значения А (фиг.2е). По мере роста сигнала на входе 6 (фиг-. 2а) темп нарастания сигнала на выходе интегратора 5 будет увеличиваться (фиг.2б), а темп спада уменьшаться. В результате зона -2А сигнала на выходе 7 (фиг.2е) будет заполняться импульсами Ур, (t) (фиг.2в), а результирующая функция передачи РОУ будет иметь вид У. - x(t). где У - полезная составляющая на выходе 7. Предположим, что сигнал на вход 6 (фиг.За) линейно изменяется в о рицательном направлении. До момента времени t (фиг.За) релейные элементы 2,2. находятся в противоположных состояниях, что приводит к взаимной компенсации их выходных напряжений (фиг.2 ги д) . Ре лейный элемент 1 с интегратором 5 находится в режиме устойчивых.автоколебаний (фиг.36 и в), а сигнал на выходе 7 меняется по знаку в пре делах А (фиг.Зе). При t 7/ tj. сигнал x(t) .За), поэтому сигнал на выходе интегратора 5 (фиг.36) на растает в отрицательном направлении, что в момент времени t, приводит к переключению релейного элемен та 2 (фиг.Зг) и увеличению амплиту ды сигнала на выходе 7 до уровня +ЗА (фиг.Зе). С ростом сигнала на входе 6 (фиг.За) зона + 2А (фиг.Зе) сигнала на выходе 7 заполняется сигналом Ур-) (t) с выхода релейного элемента 1 (фиг.Зв). Таким образом, при lx(t)| 1 x,g( релейные элементы 2, и 2, находятся i в противоположньк состояниях, когда их выходные сигналы взаимно компенсируются, а импульсы на выходе 7 изменяются по амплитуде в пределах +Л. В случае tx(t) 7 .релейные элементы 2 и 2находятся в одинаковых состояниях, знак которых противоположен знаку сигнала на входе 6, а частотно-широтно-импульсная модуляция осуществляется во второй зоне 2А (фиг.2 з и е). В случае уве-, личения общего (нечетного) числа релейных элементов результирующий амплитудный диапазон сигнала на выходе будет разделен на несколько более мелких (по амплитуде) зон модуляции. В результате при фильтрации напряжения на вьпсоде 7 амплитуда пульсаций сигнала на выходе денодулирующего фильтра будет снижена без увеличения постоянной времени фильтра, т.е. введение группы релейных элементов позволяет повысить точность работы развертывающего усилит ля. Рассмотрим режим работы при неимметричных порогах переключения елейных элементов 1, 2 и 2z- Предоложим, что В В2 БЗ и /-Bj/-Bj (фиг. 46). Тогда в моент времени t.(фиг. 46) релейньй лемент 1 перейдет в состояние -А (фиг.4в), а в момент времени t (фиг.46) произойдет переключение релейного элемента 2- (фиг.4г). При t 7 t2 сигнал на выходе 7 равен -А (фиго4е) и сигнал на выходе интегратора 5 (фиго46) будет изменяться в отрнцательком направлении,, пока не достигнет уровня -Bjf при котором произойдет очередное срабатывание релейного элемента 2. В дальнейшем при О .jf x(t) . в течение времени е51(фиг.4г) в режиме автоколебаний будут работать интегратор 5 и релейньй элемент 2. , а релейные элементы 1 и 22, будут находиться в противоположных статических состояниях (фиг.4в ид). В момент времени t(фиг.4a), когда x(t) Xj. 5. релейный элемент 2 перейдет в статическое состояние -А (фиг.4г), а в режиме переключений окажется релейным элемент 2 2 (фиг.4д, ).

При x(t) О (фиг.За) до момента времени tj. в режиме переключений находится релейный элемент 2(фиг.Зг). В момент времени t t, когда ( x(t) I релейный элемент 2 переходит в статическое состояние +Л (фиг.Зг), аналогичное состояние релейного элемента 22(фиг.3д а в режим автоколебаний включается релейный элемент 1 (фиг.Зв). При этом амплитуда пилы на выходе интегратора 3 (фит.5б) нормируется зоной ±В.

г

Таким образом, асимметрия порогов переключения релейных элементов

не сказывается на характеристике сигнала на выходе 7, однако привоит к изменению алгоритма работы

релейных элементов 1, 2 и 2, которые теперь периодически в зависимости от знака и уровня сигнала на входе 6 находятся как в статическом, так и в автоколебательном режимах.

Такой режим работы в ряде случаев оказывается более предпочтительным с позиции надежности развертывающего усилителя в целом, так как позволяет распределить равномерно между всеми релейными элементами число их включений, приходящихся на единицу времени .

РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, основной релейный элемент, первый вкод первого сумматора является входом усилителя, второй сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, в него введена группа релейных элементов, причем число релейных элементов в группе - четное, выход основного релейного элемента подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, входы релейных элементов группы подключены к выходу интегратора, выходы.релейных элементов группы соединены с соответствующими вхо дами второго сумматора, выход которого является выходом усилителя. (Л

о о

It

I,

S,

X

0 A

I,

S,

Ч,

4

v «э «c«S««

a«a o

СЭ

Фиг.5