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

1

Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Цель изобретения - повышение надежности работы усилителя путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия.

На фиг. 1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг, 2 - схема блока формирования напряжения питания, вариант исполнения; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов ; на фиг,4 и 5 - амплитудные характеристики релейного элемента и ключевого элемента с зоной нечувствительности.

На фиг, 1 и 2 обозначены первый и второй сумматоры 1 и 2, интегратор 3, релейный элемент 4, первый, второй, . , п-й ключевые элементы 5-1 5-2, ,.,, 5-п с зоной нечувствительности, блок 6 формирования напряжения питания, первый, второй, .,., п-й информационные входы 7-1, 7-2, ,.,, 7-п, выход 8, первый и второй операционные усилители 9 и 10, усилительный транзистор 11, первый и второй диоды 12 и 13, дроссель 14, фильтрующий конденсатор 15, первый и второй ключи 16 и 17, масштабные резисторы 18-27, шина 28 нулевого потенциала, вход 29 опорного напряжения, управляющие входы 30-1, 30-2 и выход 31.

Развертывающий операционный усилитель рабо.тает следующим образом.

Первый и второй сумматоры 1 и 2 осуществляют линейное преобразовани входных сигналов и имеют единичный коэффициент передачи.

Релейный элемент 4 имеет пороги переключения iB и . амплитудную характеристику, показанную на фиг. 4. Амплитуда сигнала на выходе релейного элемента 4 определяется величиной напряжения на его шине питания. Ключевые элементы 5-1, 5-2, ..,, 5-п с зоной нечувствительности имеют амплитудную характеристику, пказанную на фиг, 5. Зона нечувствительности ± Сц, причем /± Cs-iJ /± GS-J .,. (± Cg-bl .

Выходное напряжение блока 6 формрования напряжения питания дискретн изменяется по уровню в функции напр жений на его управляющих входах.

002

При oTcyrcTBiMf сигналов Yj., (t), (t) на выходах ключевых элементов 5-1, 5-2, ... с зоной не чувствительности выходное напряжение блока 6 формирования напряжения питания имеет минимальное значение, необходимое для создания режима устойчивых автоколебаний в контуре: первый сумматор I, интегратор 3,

релейный элемент 4,

В случае нулевого значения сигна- лов на входах 7-1, 7-2, ,,. на выходе 8 выходной сигнал yi(t) (фиг.За. имеет форму симметричных импульсов

типа меандр со с редннм нулевьм

значением. При этом ti ta (фиг. Зг), что обеспечивает за время Т автоколебаний нулевой уровень постоянной составляющей.

При наличии сигнала X(t) на одном из входов 7-1, 7-2, .,., удовлетворяющего условию О ,lX(t)l Cg-i I (фиг. 3Q, интервал t - t, где jCj.,1 - зона нечувствительности первого ключевого элемента 5-1 с зоной нечувствительности), сигнал на выходе. 8 пропорционален входному сигналу, так как в интервале t (фиг. Зг) развертка Уз(ъ) .( выходной сигнал интегратора 3) изменяется под действием разности сигналов на входах первого сумматора 1, а в интервале t - под действием суммы этих напряжений,

Предположим, что в момент t (фиг. За) входной сигнал увеличился до уровня (Cg.. ) X(t)i (Cs-a). В этом случае на выходе первого ключевого элемента 5-1 с зоной нечувствительности появляется сигнал логической единицы (фиг. 3), который вызывает дискретное изменение ( увеличение) напряжения питания релейного элемента 4 на величину д А

(фиг, 3 г). в интервале t t t (фиг, Зо.) постоянная .составляющая импульсов на выходе 8 также пропорциональна .уровню входного сигнала (фиг. Зг). Это является очевидным,

так как возмущение со стороны напряжения питания релейного элемента 4 вводится во внутренний контур замкнутой автоколебательной системы. Дальнейшее увеличение амплитуды

входного сигнала (фиг. За; t (,з ) приводит к появлению на выходе второго ключевого элемента 5-2 с зоной нечувствительности сигнала логической единицы (фиг. 38), вызываю щех о дальнейшее приращение амплитуды импульсов на выходе 8 на величину ± Л А 2 фиг, 3 г). При изменении знака входного сигнала (фиг, Зо) процесс повторяется (фиг. 3(S, 6 ,-г ) Число, модуляционных зон (фиг. Зг) определяется числом ключевых элементов с зоной нечувствительности. Таким образом, релейный элемент 4 выходит на предельный режим эксплуатации только по мере роста амплитуды входных сигналов, что позволяет повысить надежность работы усилителя.

Блок 6 формирования напряжения питания необходимо вьтолнять на базе импульсных стабилизаторов напряжения, обладающих максимальным КПД,

Блок 6 формирования напряжения (фиг. 2) работает следующим образом

В исходном состоянии ключи 16 и 17 замкнуты и сигиал на выходе второго операционного усилителя 10 минимален. Первый операционный усилитель 9, работающий в качестве компаратора, сравнивает напряжения на выходе 31 и выходе второго операционного усилителя 10. Частота автоколебаний опеределяется масштабными резисторами 18-20 и постоянной времени фильтра из дросселя 14 и фильтрующего конденсатора 15. Наличие сигнала на управляющем входе 30-1 переводит ключ 16 в разомкнутое состояние. При этом увеличивается падение напряжения на масштабных резисторах 21, 23, 24 и сигнал в цепи эмиттера транзистора 11 и неинверти- .рующего входа первого операционного

I2I84004

усилителя 9. В результате возрастает амплитуда напряжения на выходе 3I. Дальнейшее увеличение выходного напряжения происходит при размыканиич 5 ключа 17.

Формула изобр е т е н и я

Развертывающий операционный уси литель, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является первым информационным входом развертывающего операционного усилителя, второй сумматор, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности работы путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия, в него введены ъ ключевых элементов с зоной нечувствительности и блок формирования напряжения питания, причем выход второго сумматора подключен к входам ключевых элементов с зоной нeчyвcтвитeльнodти, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом управления уровнем напряжения блока формирования напряжения питания, h входов второго сумматора соединены с соответствующими входами первого сумматора, кроме его первого входа, и являются дополнительными информационными входами развертывающего операционного усилителя, выходом которого является выход релейного элемента, выход блока формирования напряжения питания подключен к шине питания релейного элемента.

te-t

к-г

Jtf

fX/

faayeftuf4 /u /xocffffu

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-им- пульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение надежности работы путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия. Операционный усилитель содержит автоколебательный каскад, выполненный в виде соединенных последовательно первого сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 4, выход которого является выходом усилителя и соединен с первым входом первого сумматора 1, и второй сумматор 2,h ключевых элементов 5-1, 5-2, .., 5-п с зоной нечувствительности и блок 6 формирования напряжения питания, выход которого соединен с шиной питания релейного элемента 4. Выход второго сумматора 2 через ключевые элементы 5-1, 5-2, ,,,, 5-п с зоной нечувствительности соединен с соответствующими входами блока 6 формирования напряжения питания ,и входов второго сумматора 2 соединены с входами первого сумматора 1, кроме первого, и являются информационными входами усилителя. Изменение уровня выходного напряжения при увеличении уровня входного сигнала обеспечивает повышение надежности работы усилителя. 5 иЛ, (Л С «W/

a

фигЛ

Составитель 0. Отраднов

Редактор А. Огар Техред О.Нецвг Корректор В.

Заказ 1133/57 Тираж 673 Подписное ВНИИШ Государственного комитета CCGP

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

-a

CK

(риг. 5