Усилительное устройство Советский патент 1987 года по МПК H03F1/34 

Изобретение относится к радиотехнике и, к частости к уси;1ите.1ям.

Цель изобретения повышение надеж- иости и точности путем уменьшения искажений.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая с.хема предложенного усилительного устройства; на фиг. 2 - структурная з1лектрическая схема (юзможной реализации сум.матороЕв; на фиг. 3 - выход- пая часть структурной электрической схемы возможного подключения, например, по току входов аттенюаторов к выходам усилителей и к нхода.м выходного су.мма- тора.

Усилительное устройство содержит первый 1 и второй 2 усилители, первый 3 и второй 4 аттенюаторы, выходпой сумматор 5, пер- (). второй 7, третий 8 и четвертый 9 сумматоры, одна из возможных реализаций которых показана на фиг. 2. К(Н)ме того, на фиг. 3 показаны нервая К) и вторая 1 входные обмотки при выпо.тнении выходного сумматора 5 в виде -: лектромагнита.

Уси,тпте,ты1ое устройство Работает c;ie- дуюшим образом.

В работе предла|-аемого уснлите.тьно1 о усгроЙ1.-тва можно выделить несколько режимов. Режимы работы системы при ис- п|)авности всех блоков и в случае возмож- 111)1х отказов одного из блоков. Под отказом блока подразумевается, напри.мер, перегорание блока.

В пе)вом (или осповном) режиме, когда все б.юкп усилительного устройства ис- |||1авп1,1, оно работает следуюпи1.м образом.

Входной полезный информационный си1- мал уси.1ивается вторым усилителем 2в К раз и поступает на выход выходного сумматора Г). В тоже время, при подаче но- .тезпого сигна, 1а в третьем суммат(3ре 8 происходит взаимная компенсация двух поле.з- ньгч сигна.юв, постунаюпшх через первый Bxo.i третье1 () сумматора 8 и через второй вход сумматора 7, отчего усилитель I оета- ется не.заг руженпы.м по полезному основному сигналу.

11)и уси. нчши полезного сигнала вторым усилителем 2 в его тракте помимо полезною хказапного сигнала возникает и ложный сигнал, норождаем1 1Й нестабильностя- .ми (ногре1пностя.ми) второго усилителя 2. От этого на выходе второго сумматора 7 образуется соответствующий сигнал ошибки, кот(;рый, усиливаясь вторым усилителем 2 компенсирует ложный сигнал от пестабиль- постей второго уси.тите. Ш 2.

При работе системы в тракте первого усилителя I гакже может возникнуть ложный сигнал от нестабильностей пер- вогч) усилителя 1 (или дрейф нуля). От этого на выходе первого сумматора 6 образуется соответствующий сигнал оп|ибки, который, усиливаясь первым усилителем I, ком0

пенсирует ложный сигнал от нестабильностей первого усилителя I.

По схеме также видно, что ложный сигнал от нестабильностей первого су.мматора 6 компенсируется в системе с помош,ью сигнала ошибки, возникающего на выходе четвертого сумматора 9, а ложный сигнал, возникающий от нестабильностей второго сумматора 7, компенсируется с помощью сигнала ошибки, возникающего на выходе третьего сумматора 8.

Таким образом, при усилении полезных сигналов (в режиме исправных блоков) все сигналы, порождаемые нестабильностями (пог решностями) усилителей 1 и 2 и сум5 маторов 6 и 7, компенсируются (уничтожаются), а на выходе выходного сумматора 5 и всей системы получается полезный усиленный в К раз информационный сигнал.

Точность системы практически определя0 ется только погре1нностями сумматоров 8 и 9, что нозволяет добиваться точности. По- rpeiHHoCTH наиболее нестабильных усилителей 1 и 2 на точность системы (как это было описано) не в,тияет. Точности систе мь1 также способствует и то, что сумматоры 8 и 9 вследствие того, что от них требуется усиления, а требуется только суммирование (с единичными коэффициентами), са.ми и.меют очень малые ногрен1ности, т.е. практически устраняются ногренжости от неQ стабильностей, например, коэффициентов уси- , 1ения операционных усилителей сум.маторов.

Таким образом, в режиме исправных блоков система обеспечивает усиление полезного сигнала с коэффициептом К (коэффициентом усиления) и с больц1ой точнос5 тью, которая не зависит от наиболее нестабильных и сл(.)жных усилителей 1 и 2. В указанно.м режиме один из усилителей загружен, работает по полезной .мощности (или сигналу), а другой уси.титель по по- .тезной мощности не загружен (отдыхает), это в ряде случаев может дать дополнительное повышение надежности системы.

Преимуществом нредлагаемой системы яв- ,тяется то, что система помимо описанного режима работы при всех исправных бло5 ках способна работать и в режимах неисправных блоков.

Так, если в системе откажет хотя бы один из сумматоров 6 и 7, то это не приведет к отказу всей системы усиления, т.е. нредла- гаемая схема но-прежнему будет усиливать

0 полезный сигнал с неизменным коэффициентом усиления (равным К, где К - число, обратное модулю коэффициента нередачи аттенюатора) и с повын енной точностью, не- зависян1ей от нестабильностей усилителей 1 и 2. Если, например, откажет первый

5

сумматор 6 (фиг. 1), то второй усилитель 2 по-прежнему будет усиливать полезный сигнал, т.е. коэффициент усиления системы не изменится, при этом компенсаНИН ложного сш иа.ла от иостаг)ильн()(;тси ито- рого усилите.пя 2 пудс Т огу|цестЕ лят1)СЯ г помощью ivropoio сумматора 7, а компенсация . ЮЖНОЮ оигиа.та первого .усилите,1Я 1 булет осушес Г(.1ЯТЬ1 Я с помощью четверто10сумматора П, В свою очередь, если откажет г|)етий сумматор Н, ко : ффициеит уси- ,1е11ия систем1,1 также не инмеиится (т.е. н()ле)11ый сигнал будет уснливапА я в К pa.i. проходя по тракту от вт(.)р()го суммат(.1- :ь-1 7 на иго()ой уси.титель 2|, а комненса- ции .южных сигналов от пестаби.1ьностей усилнте.н й 1 и 2 будет осуиич тв. тться с помощью соответственно, первого В и вг())о- ю 7 сумматоров, четвертый сум.матор9 будет способствовать также и компенсации ложного сигна.1а от погрешности первого сумма- ro|ia f). . la.ie . если откажет г торой с мМатор 7. ( ,Г 10 vCir.n-rniKJ Гс,.1еПГ|,

г о 1 ггна,:.1 (н К p:i(| vsibMiM на сспя трак:. содержагциГ; грегчггг cv nrar (ip л, )rri сум- 1 i: . ги..|и le. ii, 1. и . южгп ге сигтгалы ,м нсч ;гГч1..ьн ;:-Т1 1г хч и. ипе. гей I и 2 комггенсггрпи,, 1 i. с гшмониж) с мматоро|( (

11X ( |с,(1 ) и |- ммагор S скомг см- сируют таК Ке и .Г()ЖН)ГГг сища. от но:- регнности сучматора ( i. Г .с.ти огкаже Г чс Т яе)тГ)1Й су м;гго|1 1, то 1;о.имиьги спг на. дет уси. гипа и ; vi (н К (lai) riTopi.iv ycrr. ni- ге. гем 2. а компенсации .11.1жггьг си1тга. 1Г)в си.1И гс-.чеи н 2 ( удет г)с, гг.еств;гяться с помощью . г 1атор. Г( (} и 7 (сумматор S поможем- ском;геггси оиать и .тожггг.гГг сигна.г от погчнчгигосГЦ сумматора 7).

Таким o6|)a-u)M. при отка U . гюбого и сумматоров () 1 система .тейс гт(и ге. 1Ы1О не ич- менггг своего ко ффипишгта усилсггпя и (К1НПТ свою высокую ТОЧГГОСТ).

1|П1 система сохраняет.

11)ед. аг-аемая е истема (как и П вест1гая1 гг М вьгхг)де И строя одного ич уси.гите- .Tcii 1 и 2 свой неичмеггггг1 г 4 коэффнап- енг уси.1ения (К| и высокую г очность не ггчменяет.

HcHai () (iro ос ногигой гго.ге.чног г MoiruiocTH) одггого гг усилителег г 1 и 2 до- гго.тните. гьгю игособсгвуег гговьмггению надежности сие )|.

К)оме того, нред.таг аемая система (фиг I) способна работать и ггри отка: ах ера U лт X б.г,кон гг даже трех б.гоков и каждом И( I i- T). Нслн в гг)ед- .тагаемгиг сггстеме (якан;ут срачу (однов 1е- м( гггго) .чиа с мматг)ра 8 гг (. сумматор () гг ггерг г,гй уси.:1ггте.ть 1, третий сум- мато|) 8 Г1 nepBbrii усгг.тите.И) 1, два сумматора .} 7 сумматор 7 и второй yetr- оТитс-.гь 2. (VMMaropi) 8 и 6 и ггервьгй уегг- лите.гь 1 (одновремегггю) и.ти же сумма- торг,г 9 и 7 и второй уси,тителг 2 (од- гговремеин;)). что хоти и маловерояг гго, гго в(;:шожно, то система lice равгго не ггггг crioir сгабгглг,н1)ГГ ко ффипиент усиления и будет обе1.лг(чи)атг, ВЫСОКУЮ точностг,.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

11р(. Л. гаг-аемо1 с i pi i(fc i ш; Н М:мг1г: . же 1,ч)храгггп I) pa6oToC:rov4-u )iroc 11, гаже I lM ггог peirrrrocTrr гг отка U rir,; хи.иг.., i . pa Г) гг.чгг г аг ручкгг (:4orojM ie NMI : г;;и(;| СИ Г1 1 И. 1Г,гготочггГ)Г.: ги нях) l-c.ni. iran|ir: ri р. ггояг)Гтся .-гожпГ)Ггг cnr ira.r (гг.ггг Г10Г репгггос г г. I от 1Г1Ч табгг.чГ)Н()стгг rreprioro rixo.ra гора Г) (гг. ги Г.ходг-1ог1 обмоткгг И) сумм и- )гцег1 1гаг |)у.чкг1), то ток в гимпг укаьтм- гюй обмоткгг (от ггестабгг.г 1 ностг1) ггшеггггтси на xKatairHoe .южггос . гг игеггсчгие сггггга.га (гг. ггг тока) среагчг П ет гакже и rreprir rr i аг- гчмгюатор .4 (вк. гюченньгг ггос.т(.тг.гго

с ООМОТКГ)(Г 10). от COOT Be Г СТ )игигг сгггтга. г ггоявггтся гга .че ггервого аттегггоа гора ii гг на ггервогч) магч)ра Г). 11ерГ Г)Гг | суммато|) (i ги гдаст сггг- гга.т ОП1ГГОЧГ1, кото ьгг г, прог гдя чере t хсгг. ;c.i : .)мгг( нс Грх t I ка,) nt)rper,i- ii:и I. ii МО гкп г I I i| o 1,:я в оПмог к 11 М

Лнал i; ичгго г-:омг:е гсгг|пегс г гг го.-кггьп г си; - на. : ;)| ггес г.тбггл ыпн Т и пходной обмот

КГ 11 ; I . (, ИГ ЧаГ (пип.ч; irpnXOiHi 4( pei

; а:и ,гк)атор . cyviMaiop 7 ,г и пг ГС-. гг. 2| tl . oiKai:; iir.r,i

ГГ . ре op:: .:Я I ОДГГоГГ и-1 iX l.Hl,Г OOMoro:-. 1(1

I 1. ciK T cM.) сох paiiHr рабо осч н оГ| || 1C Г. I t .ГГ. ii (.ч И(ел ;i , И. : , чч г:ги .ичп iixi i гч:). 1,бмогки II. -1:1 |г-|1ходе rilC iiiCM ат i .r 4 ггоя.чггтог соог гмд с rniri ir;; . ::: lia п-лг lio л |.-с|ГГН г.г ) . го cpcain .р; 1Г1И , умм; :;1| S i4; i):i;i коччц; С,| | 1ГГ ii i.i .Hijix cr;i ir:i .о i I loc. Г1 гнн;г

ИГ v OOl :(, г СТН Г 1:ГГ1Г Г 111 . Ге iir.l.iri .Г

ггерный сумматос) о и (Ч ir;; пергплй i i . ггг ге.:гг, 1. i ре .гь Г а ГС i с г ; гогний riii .км:чг,гг г iTir iia. ( м. геггп Г)1гг в К ра О ri ii:

ВГГГСЯ Г . 1 Г)ХОДГГОГГ oOMcirKC 10. 410 ГГ1 ГГСГГр I г ОГКаЧ цепи ИХО. иГ )ГГ обмоГКГ I I

.. , 1ч .ггг nocr vinir ог.ка-; обуо;кг1 10. то система так/кс Н( ггинчлгг cBoeir rir.i соког Ч ки(|:|ф1г 1ГггсН : а ( гг uaoi: та пдтгг ГО гичгн об ;отки 11)

Пргг вГ)Гходе И - строя вxcJдггoг ггстги ni- гго; п |гч а гт е1ггоаторои . }, 4 качсс во гг гоч ггост :. )Г не ггоггг1. гея.

(.. |гД с- Г,К.КС О : . : и i .. 1ГГ : ОДГГ(И Г Г1 i

гг:1ггб|). гс г )ГХ jiea.iir .ачггГг угв.тяетс Я нгл- гго гисиг с а г генюа ropois гг -1 с ггнвер сгкм г (гго ((|ггг1ггсн г а rrc H ia4ir). т.е. к. гждГ)1г г 1Г ( а г reriHia г орон :i гг 4 Н1)ги МО ос. К .б.тения 1 иггга.. .т ггяст и ПИЮ ггх иггве)сгги. ()чсгп часто чридаггпе аг- тепюаторам ({ ункпиг г гггггн-рсгггг чрг.кт ачсскп НС СК.11Г 1ваегся на гг с. гожгнчпггг (ггаггрп- мер. I. атг(.Ч1юа rocir i ги.гчолгги гч, гга T|iai. :(ггсг1)рн с оггреде. геггггог г iraxroTKoii гглг гго i к.тгочс чИ . М обмоток, ;г.ги ес. пг. на грггме:. ч;- вьгхс .игх сгг. 1Ите. 1Г)Нь;х усгроггсгв ггмек);ся го чки. Г де . нннерг ир гогся. к кою jMjrM гг МОЖ1ГО ггодк.тгоча гч, а г гсгггоаторг.п При вГ)Ггг().тгге1ггггг аттеггн))ов и 4 irHiu p i и

руЮГППМН ( ГГ. П с HHriC ICrrci I вес , ВСС сумматО()ов Н, 7 и 8 :i) иг.гтч, вертггруюгпггмгг. Л rii.iiro.ппчггт ,i, : iijioi ,

6-9 с одинаковыми входами очень удобно по нростоте и надежности.

Так, каждый из сумматоров 6, 7, 8 и 9 (в утом случае) может быть вынолнен аналогично известной схеме по фиг. 2.

Кроме того, другим методом реализации ннверсии является также выполнение аттенюаторов 3 и 4 неинвертируюнщми, а входов сумматоров, подключаемых к выходам аттенюаторов 3 н 4, инвертирующи.ми. Такое испо:1пение становится возможным, если в составе сумматоров 6-9 применять операционные усилители, имеющие разные (или разнонолярные) входы.

Одной нз самьгх выгодных реализаций н1 гходной части схемы (фиг. 1) является реализация по фиг. 3. По данной реализации н.ход первого аттенюатора 3 соединен с нер- входом выходного сумматора 5 (выпол- Hi HHoro, например, в виде электромагнита с двумя входньгми обмотками К) и 11) и следовате.льно по току, при этом вход второго аттенюатора 4 соединен с вторым входом (или обмоткой 11) выходного сумматора 5 также последовательно но току. На ())иг. 3. где усилитель 1 и 2 и аттенюаторы 3 и 4 показаны в внде четырехполюсников, а входной сумматор 5 - в виде электромагнита с двумя обмотками, сумматор 5 является по сути нагрузкой сис- гемы (или суммирующей нагрузки с раздельными вхо.чами).

Формула изобретения

силительное устройство, содержащее и второй усилители, выходы кото0

0

5

0

рых подключены к соответствующим входам выходного сумматора, при этом вход первого усилителя непосредственно, а выход через первый аттенюатор соединены с первым неинвертирующим и первым инвертирующим входами первого сумматора соответственно, вход второго усилителя непосредственно, а выход через второй аттенюатор соединены с первым неинвертирующим и первым инвертирующим входами второго сумматора соответственно, а также третий и четвер- гый сумматоры, первый иеинвертирующий вход третьего сумматора является входом ус и;| и тельного устройства, огличаюьцееся тем, что, с целью повышения надежности и точности путем уменьшения искажений, первый и третий сумматоры выполнены трехвхо- довыми, а второй - четырехвходовым, при этом первый неинвертирующий вход третьего сумматора соединен с вторым неинвертирующим входом второго сумматора, третий неинвертирующий вход которого соединен с выходом четвертого сумматора и вторы.м неинвертирую1ци.м входом третьего сумматора, выход которого соединен с вторым неинвертирующим входом первого сумматора, выход которого соединен с входом нервого усилителя, первый инвертирую- щи11 вход третьего сумматора соединен с выходом второго аттенюатора, а выход третьего сумматора соединен с первым неинвертирующим входом четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора соединен с входом второго усилителя, выход первого аттенюатора соединен с первым ин- вертирую1цим входом четвертог о сумматора.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повын1ение надежности и точности усиления путем уменьшения искажений. Усилительное устр-во содержит у-ли I и 2, аттенюаторы 3 и 4, выходной сумматор 5 и сумматоры в 9. Устр-во работает в нескольких режимах: при исправности всех блоков и в случае во,- можных отказов одного из блоков. В режиме исправных блоков устр-во обеспечивает усиление полезного сигнала с ко ффипи- ентом усиления К и с больпюй точпостыо. которая не зависит от наиболее нестабильных и сложных у-лей 1 и 2. При отказе .чю- бого из блоков устр-во не изменяет своего К и сохраняет высокую точность. Пель достигается путем выполнения сумматоров ti и 8 и виде трехвходовых, а сумматора 7 в виде четырехвходового. 3 ил. i (Л со ьо to о Фиг,1

0-СП

фиг. 2

Фиг.З