Широтно-импульсный усилитель Советский патент 1986 года по МПК H03K7/08 

Изобретб1ние относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты в управляемых электроприводах и других системах автоматическог регулирования.

Цель изобретения - повышение точности преобразования входного аналогового сигнала в широтно-импульсный при малых уровнях входного сигнала. На фиг.1 приведена функциональная схема широтно-импульсного усилителя} на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Широтно-импульсньй усилитель содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, формирователи 2 и 3 пилообразного напряжения, амплитудные детекторы 4 и 5, суммирующий блок 6, вычитающий блок 7р инвертор 8, компараторы 9-11, резисторы 12-15, инвертор 16, ключевые элементы 17-2 мостового выходного каскада, индуктивную нагрузку 21, резистивный делитель 22. Выход генератора 1 прямоугольных импульсбв соединен с входом формирователя 2 пилообразного напряжения и через инвертор 8 с входом формирователя 3 пилообразного напряжения, выходы которых соединены соответственно с входами амплитудных детекторов 4 и 5 и первым входами сзтФ{ирующего и вычитающего блоков 6 и 7, вторые входы которых соединены с входной шиной,, а выходы соответственно - с неинвертирующими входами компараторов 9 и 10, инвертирующие входы которых соединены соответственно с выходами амплитудных детекторов 4 и 5, а выходы - соответственно через резисторы 12 и 14 с входами компаратора 11, с этими же входами которого через резисторы 13 и 15 соединены соответственно выходы инвертора 8 и резис- тивного делителя 22, входы которого подключены к источнику питания. Выход компаратора 11 соединен с управляющими входами ключевых элементов 17 и 18 и через инвертор 16 с управляющими входами ключевых элементов 19 и 20 мостового каскада причем между объединенными вьгаода- ми ключевых элементов 17, 19, и 20, 1В включена индуктивная нагрузка 21, а объединенные вьшоды ключевых элементов 17, 20 и 19, 18 подключен к источнику питания.

5

0

5

0

5

0

45

SO

SS

Широтно-импульсный усилитель работает следующим образом.

Имлульсы (23, фиг.2) генератора 1 прямоугольных импульсов запускают формирователь 2 пилообразного на- пряжения и через инвертор .8 (24, фиг. 2) формирователь- 3 пилообразного напряжения, в которых вырабатываются пилообразные напряжения (фиг.2, 25 и 26 соответственно). Эти пилообразные напряжения поступают на входы амплитудных детекторов 4 и 5„ где вырабатьгоаются постоянные напряжения.

При отсутствии на входной шине напрялсения на инвертирующие входы компараторов 9 и 10 поступают положительные напряжения (27, фиг.2) с выходов амплитудных детекторов 4 и 5, а на неинвертирующие входы - пилообразные напряжения (24 и 26, фиг.2) с выходов суммирующего и вычитающего блоков 6 и 7. На выходах компараторов 9 и 10 устанавливаются нулевые напряжения, которые поступают соответственно через резисторы 12 и 14 на входы компаратора 1 1 , Одновременно на первый вход .компаратора 11 поступают импульсы (25, фиг.2) с выхода инвертора 8. На выходе компаратора 11 формируется импульсный сигнал (25, фиг.2). На управляющие входы ключевых элементов 17 и 18 мостового выходного каскада поступают импульсы (25, фиг. 2), включая эти -элементы, на управляющие входы ключевых элемен-. тов 19 и 20 поступают импульсы (23, фиг.2) с выхода инвертора 16, от- крьпзая их в другой полупериод. Таким образом, в нагрузке при отсутствии входного напряжения течет переменный ток (28, фиг.2), положительное направление которого на фиг.1 показано стрелкой. Среднее значение этого тока за период равно 0.

При поступлении на входную игану устройства переменного напряжения (29, фиг.2) оно в суммирующем блоке 6 су1 мрфуется с выходным сигналом (24, фиг.2) формирователя 2 пилообразного напряжения, а в вычитающем блоке 7 вычитается из сигнала (26, фиг.2) формирователя 3 пилообразного напряжения. На выходах суммирующего блока 6 и вычитающего блока 7 образуются напряжения (30 и 31 соответственно, фиг.2). Эти напряжения поступают на неинвертирующие входы компараторов 9 и 10, на инвертирующие входы которых поступают постоянные напряжения (27, фиг.2) с выходо амплитудных детекторов 4 и 5.

На выходах компараторов 9 и 10 вырабатываются напряжения (32 и 33, соответственно, фиг.2). Эти напряжения с выходов инвертора 8 и резис тивного делителя 22 через резисторы 12, 14, и 13, 15 соответственно поступают на входы компаратора 11, попарно суммируются и вырабатывают на его выходе напряжение (34, фиг.2), которое поступает на управляющие входы ключевых элементов 17 и 18 и через инвертор 16 на управляющие входы ключевых элементов 19 и 20 мостового выходного каскада Напряж1ение на нагрузке представлено на диаграмме 35 (фиг.2).

Таким образом, среднее значение тока через нагрузку положительное и увеличивается при увеличении поло жительного входного напряжения и отрицательное и увеличивается по модулю при отрицательном входном синале. При этом при малых входных напряжениях длительность импульсов на нагрузке значительно большая

постоянной времени индуктивной на i.

грузки и тем самым уменьшаются ис- кажения импульсов в нагрузке, что приводит к повьшению точности рабо- ты усилителя в районе малых сигналов на несколько порядков.

Формула изобретения

Широтно-импульсный усилитель, содержащий генератор прямоуголь5

О 5 0

5 0

5

ных импульсов, выход которого подключен к входу первого формирователя пилообразного напряжения и через первый инвертор к входу второго формирователя пилообразного напряжения, причем выходы формирователей пилообразного напряжения подключены соответственно к входам первого и второго амплитудных детекторов и первым входам суммирующего и вычитающего блоков, вторые входы которых подключены к входной шине, а выходы - соответственно к первым входай первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго амплитудных детекторов, и мостовой выходной каскад на ключевых элементах, к одной диагонали которого подключен источник питания, а к другой - индуктивная нагрузка, отличающий.с я тем, что, с целью повьшения точности, в него введены четыре резистора, третий компаратор резистивный делитель и второй инвертор, причем выходы первых компаратора и инвертора через первый и второй резисторы соединены с первым входом третьего компаратора, второй вход которого через третий и четвертый резисторы соединены соответственно с выходами второго компаратора и резистивного делителя, входы которого подключены к источнику питания, а выход третьего компаратора соединен с управляющими входами ключевых элементов одной диагонали мостового выходного каскада и через второй инвертор с управляющими входами ключевых элементов другой диагонали мостового выходного каскада.

Фиг.г

Изобретение может быть использовано в ключевых усилителях низкой частоты, в управляемых электроприводах и других системах автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение точности преобразования входного аналогового сигнала в широтно-т пульсный при малых уровнях входного сигнала. Усилитель содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, формирователи 2 и 3 пилообразного напряжения, амплитудные детекторы 4 и 5, суммирующий блок 6, вычитающий блок 7, инвертор 8, компараторы 9 и 10, ключевые элементы 17- 20 мостового выходного каскада и индуктивную нагрузку 21. Введение компаратора 11, резисторов 12-15, инвертора 16 и резистивного делителя 22 позволяет иметь среднее значение тока через нагрузку положительным, увеличивающимся при увеличении положительного входного напряжения, и отрицательным, увеличивающимся по модулю при отрицательном входном сигнале. При этом при малых входных напряжениях длительность импульсов на нагрузке значительно больше постоянной времени индуктивной нагрузки. Благодаря этому уменьшаются искажения импульсов в нагрузке, что повышает на несколько порядков точность работы усилителя в районе малых сигналов. 2 ил. с ш (Л ю 4 О) СлЭ сл О) Фиг.1