Развертывающий операционный усилитель Советский патент 1988 года по МПК G06G7/12 

нительного элемента с релейной харак- тернстикор, выход которого через пятый масштабньш резистор подключен к входу интегрирующего усилителя, выход которого соединен с входом второго дополнительного элемента с релейной характеристикой, выход которого подключен к второму выводу третьего масштабного ре истора, общие шины

первого и второго дополнительных элементов с релейной характеристикой соединены с общей шиной интегрирую- Diero усилителя, а положительная и отрицательная шины питания первого и второго дополнительных элементов с релейной характеристикой соединены с соответствующими ишнами питания интегрирующего усилителя.

1

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

Целью изобретения является повышение точности работы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг. 2 - пример выполнения элемента с релейной характеристикой; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов.

Усилитель содержит первый , второй 2, третий 3 и четверты 4 масшта ные резисторы, интегрирующий усилитель 5, элемент 6 с релейной характеристикой, первьм 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 токоограничи- тельные резисторы, первьй 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 оптроны первая 15 и вторая 16 входные клеммы первая 17 и вторая 18 выходные клеммы, положительная 9 и отрицательная 20 шины питания и интегрируюп;его усилителя, отрицательная 2 и положительная 22 1иины питания элемента с релейной характеристикой, первый 23 и второй 24 дополнительные элементы с релейной характеристикой, пятый масштабный резистор 25, масштабные резисторы 26-28, стабилитрон 29, операционный усилитель 30, вход 31 и выход 32, общая шина элемента с релейной характеристикой.

Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Элемент 6 с релейной характеристикой и первый дoпoлнитeJ ьный элемент 23 с релейной характеристикой выпол- нены с нулевым уровнем порогов срабатывания и неинвертирующей характе- рис-гакой. Второй дополнительный элемент 24 с релейной характеристикой . BFiino.-iHeH с неинвертирующей петлей гистерезиса и с порогами переключения +В. Выходной сигнал элемента 6 с релейной характеристикой, первого 23 и второго 24 дополнительных элементов с релейной характеристикой меняется дискретно в пределах ±А.

Предположим, что сигнал Yp(t) на выходе элемента 6 с релейной характеристикой в момент времени t О принял фиксированное отрицательное значение. Это вызывает протекание тока через светодиод первого оптро- на II. Фотодиод первого онтрона 11 открывается и на вход первого дополнительного элемента с релейной характеристикой 23 подается импульс отрицательной полярности. Этот элемент переходит в состояние А и выходное напряжение Yj(t) интегрирующего усилителя 5 нарастает в положительном направлении. Как только сигнал на выходе интегрирующего усилителя 5 достигнет порогового уровня +Е второго дополнительного элемента 24 с релейной характеристикой, на выходе последнего формируется импульс Yp(t) +А. Третий оптрон 13 переходит в открытое состояние и на вход элемента 6 с релейной характеристикой подается импульс положительной полярности, вызывающий изменение знака напряже ния на выходных клеммах 17 и 18, Первый оптрон 11 закрывается, а в открытое состояние переходит второй оптрон 12, с помощью которого на вход rtepBoro дополнительного элемента 23 с релей 1ой характеристикой

подается itMnyjii.c иоложителыкп гкхчяр ности, Зтот элемент переходит в состояние +Л, а В1)1ходной сигНс 1л интегрирующего усилителя 5 лине1шо нарастает в отрицательном направлении до момента времени, когда он сравняется с порогом -В,и второй дополнительный элемент 24 с релейной характристикой переходит в состояние +Л. Третий оптрон 13 закрывается, а четвертый оптрон 14 переходит в открытое состояние. На вход элемента 6 с релейной характеристикой подается импульс отрицательного знака. В результате Yp(t) -А и рассмотренный процесс повторяется. При наличии на входных клеммах 15 и 16 сигнала управления темп изменения сигнала развертки в один из полупериодов автоколебаний определяется суммой сигналов, подаваемых на вход интегриру- 5, а в другом полузависит от

разности этих сигналов. В результате постоянная составляющая импульсов на выходных клеммах 17 и 18 достигает величины, пропорциональной уровню входного воздействия.

Модуляционная характеристика раз- вертывающего операционного усилителя имеет вид

ющего усилителя периоде темп изменения

Т

4 В R75C I - 0

где

нормированная величина порогов переключе1шя иторого дополнительного элемента 24 с релей- 40 пороги ±В этого элемента имеют

НОИ характеристикой; величина сопротивления пятого масштабного резистора 25;

емкость интегрирующего конденсатора интегрирующего усилителя 5;

I V - нормированная величина сигнала управления.

фициепт передачи равен

25

С x/t

К п т.

pjii

;;

(2)

не.чичина сопротивления перногч г.1лсштабного резистора 1 .

и ч I laK i opoii, влияющих на р,..,-||.1 устройства, является

нес 1 лГтильпость пороготичх уровней вклк1чения и выключения orrrpoijoH. Эта нестабильность приводит к меиению длительностей полупериодс в автоколебаний, т.е. к недостоверности преобразования сигнлла управления. Кроме того, в каждом из полупериодов может формироваться мгновенная дина0 мическая ошибка.

Предположим, что очередной цикл преобразования начался в момент времени t, . За время t,-. формируется импульс отрицательно полярности.

5 После, смены знака выходного сигнала происходит изменение направления раз- вертъшающего преобразования, и сигнал на выходе интегрирующего усилителя 5 нарастает в отрицательном направ0 лении. Если бы за время Т Q,, выполнялось условие постоянства порога -B-2(t), то полный цикл преобразования должен был завершиться в момент времени tj и мгновенная динамическая

5 погрешность тогда соответствовала бы . Однако к моменту времени t, пороговый уровень -Bj(t) может принять значение, отличное от того, которое

имело место в момент времени t . В итоге выходной сигнал содержит ошибку, пропорциональную вольт-секундной площади лВ , которая нестационарна во времени и определяется соотношением частоты автоколебаний и частотным спектром колебаний пороговых уровней B,(t) и ). Введение второго дополнительного элемента 24 с релейной характеристикой в значительной степени уменьшило указанную ошибку, так

более высокую стабильность, чем пороги включения оптронов.

Развертывающий операционный .усилитель характеризуется высокой помехоустойчивостью. Это качество обеспечивается вторым дополнительным элементом 24 с релейной характеристикой, благодаря которому третий 13 или четвертый 14 оптроны всегда находятся во включенном состоянии и вход элемента 6 с релейной характеристикой соединен с одной из шин 21 и 22 питания. Это препятствует ложным срабатываниям элемента 6 с релейной характеристикой 6.

Повышенная точность работы опредеяется и тем, что модуляционная характеристика не содержит составляюiiuix, характеризую1Ц11Х состояние первого 1I и второго 12 оптронов. Это обеспечивается введенными первым 25 и вторым 24 дополнитель}1ыми элементами с релейной характеристикой, Па

6

раметры первого 11 и второго 12 оптронов также не влияют на работу усилителя, так как амплитуда сигнала превышает пороги Bj(t) и -B4(t) оптронов.

фие.2

6i(t}