Развертывающий операционный усилитель Советский патент 1986 года по МПК G06G7/12 

1

Р1эобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых машинах.

Целью изобретения является повышение точности работы развертывающего операционного усилителя.

На фиг.1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы сигналов.

Устройство содержит (фиг. первый и второй сумматоры 1 и 2,, первый и второй интеграторы. 3 и 4, первый, второй и третий релейные элементы 5-7, пороговый элемент 8, выпрямитель 9, фильтр 10 низких частот, ключевой элемент 11, генератор 12 прямоугольных импульсов, вход 13 и выход 14.

Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Первый и второй релейные элемен- ть 5 и 6 имеют симметричные относительно нулевого уровня пороги переключения t В и инвертирующую петлю гистерезиса. Выходной сигнал может изменяться дискретно в пределах fД .

Третий релейный элемент 7 имеет пороги переключения Cj. С и гисте- резисную характеристику переключения. Выходной -сигнал третьего релейного элемента 7 принимает значение -Д при выходном сигнале больше порога С г, и нулевое значение при входном сигнале меньше порога С.

Пороговый элемент 8 имеет зону нечувствительности t А и единичный коэффициент передачи.

Выходной сигнал выпрямителя 9 имеет положительную полярность независимо от знака его входного напряжения .

Генератор 12 прямоугольных импульсов формирует биполярные импульсы типа меандр с нулевым средним значением.

Каскад, образованный первыми сумматором 1, интегратором 3 и релейным элементом 5, образует автоколебательную систему с частотно-широт- но-импульсной модуляцией и представляет основной канал преобразования сигнала.

При отсутствии сигнала управления на входе 13 выходной сигнал на выходе первого интегратора 3 имее т форму

068152

симметричной пилы с амплитудой, ограниченной на уровне ± Б порогов переключения первого релейного элемента 5 (фиг.2,а). Вследствие ра5 венства интервалов времени l:, :(фиг.2а) среднее значение сигнала на выходе 14 равно нулю.

Наличие сигнала на входе-13 влечет за собой изменение производной

O сигнала на выходе первого интегратора 3 ( фиг.251

В интервале времени t выходной сигнал первого интегратора 3 определяется разностью сигналов со входа

15 13 и с выхода 14, а в интервале времени скорость изменения развертки определяется суммой этих сигналов.

В результате за время Т t,+t постоянная составляющая импульсов на

20 выходе 14 достигает величины, пропорциональной уровню сигнала на входе 13.

В режиме автоколебаний полоса равномерного пропускания частот сос25 тавляет 7-10 % от частоты его несущих колебаний при нулевом значении сигнала на входе 13.

При воздействии на вход 13 сигнала синхронизирующей помехи xn(t)c амплитудой /АН| |ха|(фиг.2в) развертывающий операционный усилитель из частотно-широтно-импульсной системы преобразуется в широтно-импульс- ную, у которой интервал дискретизации выходных импульсов соответствует периоду сигнала помехи, а их скважность определяется уровнем сигнала на входе 13.

В дальнейшем полагаем, что пороги

4Q переключения t первого релейного

элемента 5 равны нулю, а помеха представляет собой прямоугольные импульсы со средним нулевым значением.

Тогда.при нулевом сигнале на вхо45 де 13 в интервалах времени t , t j (фиг.2г) скорость развертки сигнала на выходе первого интегратора 3 определяется суммой сигналов помехи и с 1 ыхода 14, а в интервалах времени

50 зависит от разности этих сигналов. В результате постоянная составляющая импульсов на выходе 14 за интервал дискретизации равна нулю.

При наличии сигнала на входе 13 55 развертка смещается вертикально относительно порогов переключения первого релейного элемента 5, что влечет за собой изменение скважности

30

35

импульсов на его выходе, постоянная составляющая которых устанавливается пропорциональной величине сигнала на входе 13.

, Каскад, образованньй вторыми сумматором 2, интегратором 4 и релейным элементом 6, представляет собой физическую модель с одинаковыми параметрами основного тракта преобразования, с помощью которой анализируется постоянная времени развертьшаю- щего операционного усилителя в режиме синхронизации помехой. Этот каскад назовем вспомогательным каналом преобразования.

Зона нечувствительности порогового элемента 8 выбирается из условия

,

что в режиме автоколебаний каскадов обеспечивает нулевой уровень сигналов на выходе третьего релейного элемента 7.

О величине постоянной времени основного канала преобразования сигналов при условии полного соответствия его параметров параметрам вспомогательного канала можно судить по модулю амплитуды сигнала на выходе второго интегратора 4. Как только каналы преобразования сигнала входят в режим синхронизации с сигналом помехи, сигнал на выходе второго интегратора 4 достигает по амплитуде величины, пропорциональной постоянной времени основного канала преобразования сигнала.

При этом на выходе порогового элемента 8 формируется сигнал, который затем выпрямляется с помощью выпрямителя 9 (Лиг.2д).

В фильтре 10 низких частот осуществляется сглаживание пульсаций

206815

напряжения (|}1иг.2е) для последующег(- его сравнения с пороговыми уровнями С, Cj третьего релейного элемента 7 Если уровень сигнала на выходе

5 фильтра низких частот меньше уровня Cj, то выходной сигнал третьего релейного элемента 7 равен нулю и основной канал преобразования сигнала продолжает работать в режиме синхро

10 низации с частотой сигнала помехи. Предположим, что уровень помехи увеличивается, а амплитуда сигнала на выходе второго интегратора достш ла определенной величины (фиг.За),

t5 при которой постоянная времени основного канала преобразования сигнала находится в опасной для системы управления зоне.

В зтом случае постоянная состав20 ляющая на выходе фильтра-10 низких частот (фиг.Зб) превышает величину С 2. порога включения третьего релейного элемента 7. На выходе последнего появляется сигнал (Лиг.Зг), с

25 помощью которого снимается запрет HP прохождение через ключевой элемент И выходного сигнала генератора 12 прямоугольных импульсов (фиг.Зд. Параметры выходного сигнала гене30 ратора 12 прямоугольных импульсов заведомо выбираются таким образом, чтобы при его воздействии на вход первого сумматора 1 основной канал преобразования сигнала входил бы в синхронизацию не с сигналом помехи, а с сигналом генератора 12 прямоугольных импульсов, обеспечиваюощм увеличение постоянной времени и ее вывод из опасной для системы управления зоны.

По сравнению с известным предложенный развертывающий операционный усилитель обладает более высокой точностью.

35

40

J

/

I-X§)- Ж

/

/

/

/

/

fut.2

а

,

Редактор П.Коссей

Составитель О.Отраднов

Техред А.Бойко Корректор С.Шекмар:

Заказ 8716/52 Тираж 673Подписное

ВНИИПИ Государственногокомитета СССР

по делам изобретенийи открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская няб., д. А/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Puz.3