Усилитель постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H03F3/38 

(Л

С

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилительной технике для усиления сигналов постоянного тока. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности. Усилитель постоянного тока содержит модулятор 1, усилитель 2 переменного тока, демодулятор 3, фильтр 4 с регулируемой постоянной времени, фильтр 5 низкой частоты, генератор 6 опорных сигналов, формирователь 7 сигнала управления, формирователь 8 импульсов, блок 9 выборки - хранения, фазосдвигающую цепь 10, дополнительный формирователь 11 сигнала управления, дополнительный фильтр 12 с регулируемой постоянной времени, дополнительный фильтр 13 низкой частоты, дополнительный блок 14 выборки - хранения, дополнительный формирователь 15 импульсов, выходной сумматор 16. Цель достигается введением дифференцирующих блоков 17, 18 блока 19 сравнения, формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к электронике и может использоваться в усилительной технике для усиления сигналов постоянного тока.

Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема усилителя постоянного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы работы усилителя постоянного тока.

Усилитель постоянного тока содержит модулятор 1. усилитель 2 переменного тока, демодулятор 3, фильтр 4 с регулируемой постоянной времени, фильтс 5 низкой частоты, генератор 6 опорных сигналов, формирователь 7 сигнала управления, формирователь 8 импульсов, блок 9 выборки- хранения, фазосдвигающую цепь 10, дополнительный формирователь 11 сигнала управления, дополнительный фильтр 12 с

регулируемой постоянной времени, дополнительный фильтр 13 низкой частоты, дополнительный блок 14 выборки-хранения, дополнительный формирователь 15 импульсов, выходной сумматор 16, первый и второй дифференцирующие блоки 17 и 18, блок 19 сравнения, формирователь 20 сигнала управления генератором опорных сигналов.

На фиг. 2; а - напряжение управления демодулятора частотой 1дм. б - изменение постоянной времени фильтра с регулируемой постоянной времени (в первом канале); в - изменение постоянной времени дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во втором канале), г - напряжение полезного сигнала на входе усилителя постоянного тока, при этом величина сдвига фаз Ар между началом действия полезного сигнала и началом действия очередного полупериода сигнала частотой

О VI Ю О1

сл

00

ю

тдм в одном из каналов равна нулю ( 0),д напряжение на выходе фильтра с регулируемой постоянной времени (в первом канале) ( 0) е напряжение на выходе блока выборки хранения (в первом канале) ( 0), ж напряжение на выходе дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во втором канале) ( л/2 ), з напряжение на выходе дополнительного блока выборки-хранения (во втором канале) ( тг/ 2), и напряжение сигнала на выходе выходного сумматора ( 0), к - напряжение полезного сигнала на входе усилителя постоянного TOKS если ни в одном из каналов Ауэ - 0, л гапряже- ние на выходе фильтра с регулируемой постоянной времени (в первом канале) (, Д /)-) м - напряжение на выходе блока выборки хранения (в первом анэле) ( О, а) н напряжение на выходе дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во втором канале) (, Дуэ - а + .ч 2) п напряжение на выходе дополнительного блока выборки- хранения (во втором канале) ( /О, ) а + л/2), р- напряжение сиг нала на выходе выходного сумматора ( - « первый канал, Л(/)-«- я/2 второй канал)

Усилитель постоянною тока работает следующим образом

Входной сигнал поступает на модулятор 1 и модулирует по амплитуде сигнал несущей (модулируемой) частоты 1дм, подаваемый на модулятор 1 с генератора 6 Модулированный сигнал усиливается уси лителем 2 переменного тока и поступает на демодуляюр Г упрзвпяемыи сигналом г; нератора б частной демодуляции гл демодулируе ся (детектируется Продс модулированный сигнал поступает на два канала обработки полезное cm нала Структурные и принципиальные гхэмы обоих каналов одинаковы и состоят из фильтра 4 (12) с регулируемой постоянной времени, фильтра 5 (13) низкой частоты формирова теля 7 (11) сигнала управления формирователя 8 (15) импульсов, бпока 9 (14) выборки-хранения С выхода детектора 3 промодулиропанный сигнал поступает на вход фильтра 4 с регулируемой постоянной времени и вход дополнительного сЬильтра 12 с регулируемой постоянной времени Генератор 6 управляет работой формирователя 7 сигнала управления э через фазосдвигающую цепь 10 управляет работой и дополнительного формирователя 11 сигнала управления Фазосдви чющая цепь 10 осуществляет сдвиг по фазе /i CHI нала частоты дм генератора 6 пос1 ппющего на

дополнительный формирователь 11 сигнала управления второго канала, на л/2 ((р я/2) Сигналы управления с выхода формирователя 7 сигнала управления и с

выхода дополнительного формирователя 11 сигнала управления соответственно управляют изменением постоянной времени фильтра 4 и дополнительного фильтра 12 синхронно с частотой тдм в первом канале

0 и со сдвигом на я 2 относительно частоты тдмгенератора б во втором канале

Изменение посюянной времени фильтров 4 (12) с регулируемой постоянной времени происходит по монотонному закону, а

5 именно в начале каждого полупериода частоты (дм постоянная времени фильтра 4 ус- 1 а н в л и Р а е т г ч равной минимальной величине TI заим производится увеличение г осточннои времени фильтра 4 до вели

0 чины П A, у(х/2 тдм) 0 т 1/2 тдм Да iee сигнал соответственно поступает на фильтр 5 низкой частоты и дополнительный фильтр 13 низкой частоты с постоянной времени фильтров низкой частоть I фНч для

5 выделения усиленного сигнала пропорци опального входному (см фиг 2д, ж или л, н) Монотонное напряжение сигнала управления с формирователя 7 сигнала управления и с дополните;- ною формирователя 11 с.иг0 ча, п управления поступает соответственно так же на формирователи 8 и ib импульсов, iде формируются стри ирующие импульсы си длительностью 1/4гдм для управпения ,аботой Ьлоков & 14 выборки-хранения

5 Ciообирующие импульсы сдвинуты относи1 -но начала каждого попупериода чпсточ Гдм с геиэратора б в первом канале на

вромч 1 /4Сдм i синхронно н чиноющиесч с

пя-дим полупериодом частоты 1дм во вго,0 ром канале, т.е стробирующие импульсы в первом канале сдвинуты относительно второго канала на время 1 /4тдм т е между ними имеется фазовый сдвиг f, равный /) -- л/2 (см фиг 2 б, ь) Это, в свою очередь,

приводит к тому что когда блок 8 выборки- хранения работает в режиме выборки дополнит ельный блок 14 выборки-хранения работает Q режчме хранения, и наоборот Г )ВИ1 по фазе f -я/2 сигнала с частотой

О 1дМ генератора 6, поступающего на форми- пователь 11 сигнала управления второго ка- чагкз обеспечивает такой режим работы три котором три минимальной степени подавления в одном из фильтров 4 (12)

5

. регулиоуемой постоянной времени степень подавления помех другим фильтром 12. (4) с регулируемой постоянной рремени максимальна Поочередная работа в режиме рчборки :почов 2 14 выборки-хранения с

последующим сложением выходных сигналов с блоков 9, 14 выборки-хранения выходном сумматоре 16 позволяет воспроизводить усиленный полезный сигнал на выходе выходного сумматора 16 непрерывно во времени. С выхода выходного сумматора 16 усиленный и отфильтрованный полезный сигнал поступает на вход первого дифференцирующего блока 17. Продифференцированный по времени сигнал с выхода первого дифференцирующего блока 17 поступает на блок 19 сравнения. Этот продифференцированный сигнал воспроизводит информацию о скорости нарастания на выходе выходного сумматора 16 полезного усиленного сигнала 1)с.усил. dUc.усил./dt, чем больше скорость нарастания, тем быстрее устанавливается напряжение на выходе усилителя. С другой стороны, время установления напряжения на выходе усилителя определяется постоянной времени Т усилителя, а по постоянной времени усилителя можно судить об относительной динамической погрешности усилителя:

5д - ехр ( - Y )

Каждой определенной величине dUc усил./dt соответствует определенная постоянная времени усилителя Т. В свою очередь, постоянная времени усилигепя V определяет динамические возможнопи устройства 5Д, а минимальная величина 5ДМин соответствует определенной величине соот- ношений между началом действия полезного сигнала и сигнала частотой тдм. Минимальная величина (Здмин устройства будет тогда, когдл сдвиг фаз между чалом действия очередного полупериода сигнала частотой тдм сигналом управления с формирователя 7 сигнала управления первого канала равен нулю, а сдвиг фаз между началом действия очередного полупериода сигнала частотой гдм и сигналом управления с формирователя 11 сигнала управления второго канала равен л/2. Частоту управления каналами тдм вырабатывает генератор 6 опорных сигн1лое.

Первый дифференцирующий блок 17 осуществляет обработку полезного сигнала в каждый момент времени t0 в определенной полосе частот, эта полоса частот задается заранее схемным решением дифференцирующего бли.о. Ограничение полосы пропускания диффепенцирующего блока необходимо для уменьшения влияния помех. В блоке 19 сравнения происходит оценка величины производной выходного усиленного сигнала dUryCwi/dt. Оценка dUc усил /dt производится в сравнении с величиной производной по времени выходного сигнала демодулятора 3 ьис.дем /dt. Дифференцирование по времени выходного сигнала демодулятора 3 осуществляет вто5 рой дифференцирующий блок 18. Сигнал на выходе второго дифференцирующего блока 18 воспроизводит информацию о скорости нарастания входного полезного сигнала. Как и первый дифференцирующий блок 17,

0 второй дифференцирующий блок 18 осуществляет обработку полезного сигнала в определенной полосе частот, совпадающей с полосой частот первого дифференцирующего блока 17. Постоянная времени усилителя

5 (выход выходного сумматора 16) определяется в основном постоянной времени фильтра 5 (13) низкой частоты и постоянной времени фильтра 4 (12). Постоянная времени цепочки модулятор 1 - усилитель 2 пере0 менного напряжения - демодулятор 3, которая входит в состав усилителя, много меньше постоянной времени усилителя, поэтому

dUc дем /dt dUc.ycun /dt

5 Если dUc усил /dt d(Jc дем/dt, т.е. величина 5д 5дмин. на выходе блока 19 сравнения вырабатывается сигнал ошибки. Величина сигнала ошибки заключает в себе информацию о степени превышения JUC усил./dt над

0 uUc дем /dt. По информации о величине сигнала ошибки в формирователе 20 формируется управляющее напряжение для генератора 6 опорных сигналов. Сигнал управления с формирователя 20 так влияет на

5 генератор 6 опорных сигнэтов, что фазовые соотношения между началом действия полезного сигнала частотой тдм корректируются тгким образом, что значение величины dUc усил /dt уменьшается. Тем самым умень0 шается и величина относительной динамической погрешности. Достижение наименьшего значения величиной ддрез и наибольшего величиной 0ис.усил /dt устройства означает, что в одном из каналов сдвиг фаз между

5 началом действия полезного сигнала Uc и очередным полупериодом сигнала частотой тдм равен нулю Относительная динамическая погрешность дц этого канала будет минимально возможной для усилителя, а

0

усиленный полезный сигнал воспроизводится прп этом на выходе ФНЧ 5 (13) соответствующего канала (выход i или выход 2). Таким образом в устройстве предлагается 3 выхода: выход выходного сумматора 16 - общий выход устройства, использование этого выхода обеспечивает непрерывное воспроизведение усиленного полезного сигнала при минимальном значении относительной динамической погрешности

дд.рел для двухканального усилителя, выход ФНЧ 5 и выход ФНЧ13 являются выходом 1 и выходом 2, использование этих выходов обеспечивает воспроизведение сигнала с минимально возможной величиной относительной динамической погрешности для одноканального усилителя.

В качестве формирователя 20 сигнала управления генератора опорных сигналов может быть использована ИС 155АГЗ. На каждый перепад напряжения на выходе компаратора, выполняющего роль блока 19 сравнивания, на выходе ИС 155АГЗ воспроизводится импульс управления заданной длительности. Импульс управления с выхода формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов подается на генератор 6 опорных сигналов. С приходом каждого импульса управления генератор 6 опорных сигналов возобновляет генерацию частоты тдм, при этом сдвиг фаз между началом генерации генератора 6 опорных сигналов (частота тдм) и импульсом управления с формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов будет равен нулю. Импульсы управления с формирователя 20 сигналов управления генератором опорных сигналов до тех пор будут под- страивать начало генерации частоты тдм генератором б опорных сигналов, пока будет перепад напряжения на выходе компаратора (выход блока 19 сравнения).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Усилитель постоянного тока по авт. св. № 1487147, отличающийся тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, введены первый и второй дифференцирующие блоки, блок сравнения, формирователь сигнала управления генератором опорных сигналов, при этом выходы выходного сумматора и демодулятора через соответственно первый и второй дифференцирующие блоки соединены с входами блока сравнения, выход которого через формирователь сигнала управления генератором опорных сигналов подключен к входу управления генератора опорных сигналов.

Фиг.1