Резонансный перестраиваемый усилитель Советский патент 1987 года по МПК H03F1/44 H03H11/12 

rww

Изобретение относится к радиотех- нике может использоваться в частотно-избирательных радиотехнических устройствах.

Цель изобретения - расширение диа- пазона плавной перестройки резонансной частоты.

На фиг.1 приведена электрическая функциональная схема предложенного резонансного перестраиваемого усили- теля, на фиг, 2 и 3 - электри еские принципиальные схемы инверти эующего и неинвертирующего усилителей с переключаемым коэффициентом усиления,

Резонансный перестраиваешь усили- тель по фиг.1 содержит катушку 1 индуктивности, конденсатор 2, инвертирующий усилитель 3 с переключаемым коэффициентом усиления, аналоговьш перемножитель 4 сигналов, неинверти- рующий усилитель 5 с переключаемым коэффициентом усиления, регулируемьй источник 6 постоянного напряжения, компаратор 7, выход 8.

Инвертирующий усилитель 3 с переключаемым коэффициентом усиления (фиг.2) содержит операционный усилитель (ОУ) 9, резисторы 10-12 иключ13

Неинвертирующий усилитель 5 с пе- реключаемым коэффициентом усиления (фиг.З) содержит операционный усилитель 14, резисторы 15 и 16 и ключ 17

Резонансный перестраиваемьм усилитель работает след- тощим образом.

Работу резонансного перестраиваемого усилителя рассматривают на примере с включением входного усиливаемого сигнала последовательно с катушкой 1, как генератора напряжения.

Резонансный перестраивае1мый усилитель содержит две параллельные цеп с обратной связью. Первая цепь с обратной связью образована последовательно соединенными аналог овым пере- множителем 4 и инвертирующим усилителем 3 в прямой ветви, конденсатором 2 в цепи обратной связи. Входом цепи является вход аналогового перемножителя 4, выходом - вьпсод инверти рующего усилителя 3. Вторая цепь с обратной связью образована последовательно соединеннЬгми аналоговым перемножителем 4, неинвертируюш;им усилителем 5 в прямой ветви и катушкой 1 индуктивности в цепи обратной связи Входом цепи является вход аналоговог перемножителя 4, а выходом - выход неинвертирующего усилителя 5.

Для каждой из цепей, без учета активных сопротивлений спраЗведливо соотношение

s Т К К/ где Xg - реактивное сопротивление

на входе цепи по отношению к общей шине, Хр - реактивное сопротивление в

цепи обратной связи; К -- коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей 3 и 5 К - коэффициент усиления аналогового перемножителя 4. Пусть положительным значениям напряжения на выходе регулируемого источника 6 соответствует работа аналогового перемножителя 4 как неинвертирующего перемножителя с коэффициентом К, передачи (О К 1) и работа инвертирующего усилителя 3 с коэффициентом передачи, равным единице, что обеспечивается разомкнутым состоянием ключей 13 и 17 за счет логического нуля на их входах управления. Тогда для первой цепи

J- wC

1

1

ivC( +KKi)

С(1 + КК,),

W - текущее значение угловой частоты сигналаi

С - величина емкости конденсатора 2;

величина эквивалентной емкости LC-контура, . я второй цепи

LO L

6У

шЬ

------;

L

4х

1 - к,

где L - величина индуктивности катушки 1 индуктивности, L, - величина экв юaлeнтнoй индуко

тивности LC-контура.

При этом 1Ф1еет место одновременное увеличение емкости и индуктивности LC-контура в 1 КК и 1 /1 - К раз соответственно 5 по сравнению с их исходным значением, соответствующим значению К, равному нулю.

Равенство единице коэффициента усиления неинвертир тощего усилителя 5 обеспечивает устойчивость в цепи с положительной обратной связью для второй цепи и увеличение индуктивности LC-контура при увеличении абсолютной величины К.

31322

При К,, равном нулю, что происходит при равенстве нулю напряжения на выходе регулируемого источника 6 С С, Lg, L.

вх

Отрицательным значениям напряжения j на выходе регулируемого источника 6 соответствует работа аналогового пе- рамножителя 4 как инвертирующего пе- ремножителя с коэффициентом передачи,

равным - К

1

-1 -К О

и работа инвертирующего усипителя 3 с коэффициентом передачи, равным минус единице, а неинвертирующего усилителя 5 с коэффициентом передачи, равным К, что обеспечивается замкнутым состоянием ключей 13 и 17 за сче логической единицы на их входах управления.

Тогда для первой цепи С g С(1 -

L

1 + КК.

- К), а для второй цепи L

При этом имеет место одновременно уменьшение емкости и индуктивности LC-контура в 1/1- К и 1+ КК раз соответственно, по сравнению с их исходным значением, соответствующим значению К, равному нулю. Равенство единице абсолютной величины коэффи-- циента усиления инвертирующего усилителя 3 обеспечивает устойчивость в цепи с положительной обратной связью для первой цепи и уменьшение емкости LC-контура при увеличении абсолютной величины К.

С учетом активного сопротивления индуктивной ветви контура и равенств нулю фазовых сдвигов в схемах элементов цепей комплексная передаточная функция резонансного перестраиваемог усилителя для областей положительных и отрицательных значений напряжения регулируемого источника 6 равна соответственно

Wg(jw)

U.

W.

1 + KK,W5.-Ki W

где W - комплексная передаточная функция пассивной цепи, образованной последовательно соединенными катушкой 1 индуктивности и конденсатором 2 на входе и конденсатором 2 на выходе}

Wji - комплексная передаточная функция пассивной цепи, образованной последовательно соединенными конденсато

j ,

10

5ром 2 и катутлкой кой 1 на . Соответственно

1 на входе и катушW,

j N;

W2

jb

7

где a., a, - действительная часть

1

W,

W

функций W , r. j, jb, j.b - мнимая часть функций

г-.

Коэффициенты а, а, Ь, Ь являются функциями частоты величин С и L и активного сопротивления индуктивной ветви LC-контура, равного г

1 М

М

bi

u) -I- w

ux:r -Й

где M +U)4C2r2 - 2CL) + 1.

Соотв.етственно модули передаточных функций резонансного перестраиваемого усилителя при положительных и отрицательных напряжениях от регулируемого источника 6 равны )W( A.(JU))L.

.IfLlS

(1+КК,а4-К,а,)2+ (

lWj,(ju))LJ A(jw)t.. ,

(1 +K K,a,- K,a.,)2 +(, - ,,) .

Пусть необходимо произвести перестройку резонансной частоты в диапазоне частот от минимальной до максимальной f „„ , изменяя напряО

жение на выходе регулируемого источника 6 от максимального отрицательного через нуль до максимального положительного. Если принять среднее значение резонансной частоты, равной

о ср

Vf -f

МСЧКС

перекрытие по частоте перестройки при одновременном и одинаковом максимальном изменении емкости и индуктивности LC-контура от исходных средних значений равно

р fо.«акс Р . ср1-е Мин

5

Смакс

с

полное

I f.

С

г

иик

перекрытие Р Р .

по частоте равно

о МП и

513224

«е Чокс «кс и „„„ , - соответственно максимальные и минимальные значения индуктивности и емкости LC контура, соответствующие максимальной абсолютной величине коэффи- 5 циента передачи аналогового перемножителя 4, равной К.- Так как

р

L 1 максимальное значение коэффициента

передачи аналогового перемножителя равно

маис

как

1 Pi

1

. p. 1 KK,«.c.

значение коэффициента передачи инвер- тирующего и неинвертирующего усилителей 3 и 5 при разомкнутом ключе 13 и замкнутом аналоговом ключей 17 равно:

fi - 1 „

К Р.,

1 «« КС

Переключение коэффициентов передачи инвертирующегои неинвертирующего усилителей 3 и 5 происходит в момент равенства нулю коэффициента передачи аналогового перемножителя 4, т.е. при нулевом петлевом усилении в обеих цепях обратной связи, что не приводит. к возникновению помех от переходных процессов.

При включении источника усиливае- мого сигнала последовательно с катушкой 1 индуктивности модуль коэффициента передачи резонансного перестраиваемого усилителя AJ(W)L. сохраняется неизменным во всем диапазоне частот при неизменных активных потерях и равен добротности LC-контура

L

Если положительному напряжению на выходе .регулируемого источника 6 соответствует работа аналогового перемножителя 4 как инвертирующего пере- множителя, то для обеспечения нужной величины и знака коэффициентов передачи в цепях обратной связи необхо

166

димо поменять межд.у собой местами точки подключения вторых выводов конденсатора 2 и катушки 1 индуктивности. Если источник усиливаемого сигнала

включен последовательно с конденсатором 2 как генератор напряжения, то комплексная передаточная функция резонансного перестраиваемого усилителя соответствует на участках положительного и отрицательного напряжения от регулируемого источника 6 выражениям

5

W(juJ)c.

W.(jw)c.

1 + - K,WI

Wi

1 -f- KK,W, -

.

5

0

5 0

45

-

При этом получается увеличение модуля резонансного коэффициента передачи с увеличением частоты по диапазону.

Формула изобретения

Резонансньй перестраиваемый усилитель, содержащий последовательно соединенные аналоговый перемножитель сигналов, инвертирующий усилитель и конденсатор, другой вывод которого подключен к входу аналогового перемножителя сигналов и .к первому выводу катушки индуктивности, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона плавной перестройки резонансной частоты, введены неинвертирующий усилитель с переключаемым коэффициентом усиления и последовательно соединенные регулируемьй источник постоянного напряжения и компаратор, точка соединения которых подключена к второму входу аналогового перемножителя сигналов, а второй вывод катушки индуктивности подключен к выходу неинвертирующего усилителя с переключаемым коэффициентом усиления, вход которого подключен к выходу аналогового перемножителя сигналов, при этом инвертирующий усилитель выполнен с переключаемым коэффициентом усиления, причем входы управления неинвертрфую- щего и инвертирующего усилителей с переключаемым коэффициентом усиления объединены и подключены к выходу компаратора.

ОтЦ

10

0ml

fFl 9

Om2

trn

15

Фиг.г

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - расширение диапазона плавной перестройки резонансной частоты. Резонансный пе,- рестраиваемый усилитель содержит катушку 1 индуктивности, конденс атор 2, инвертирующий 3 и неинвертирукнций 5 &ыход . 1Ь усилители с переключаемыми коэффициентами усиления, аналоговый перемножитель 4 сигналов, регулируемый источник 6 постоянного напряжения и компаратор 7. Резонансный перестраиваемый усилитель содержит две параллельные цепи с обратной связью. Переключение коэффициентов передачи усилителей 3 и 5 происходит в момент равенства нулю коэффициента передачи перемножителя 4, т.е. при нулевом петлевом усилении в обеих цепях обратной связи, что исключает возникновение помех от переходных процессов. Цель достигается введением усилителя 5, источника 6 и компаратора 7. Даны ил. выполнения усилителей 3 и 5. Зил. (Л с оэ to го 4

0ml

Редактор Н.Лазаренко

Составитель А.Меньшикова

Техред И.Попович Корректор С.Черни

Заказ 2875/52Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.Ъ