Развертывающий усилитель Советский патент 1992 года по МПК G06G7/18 

00

го

Изобретение относится к преобразователям информации с широтно-импульс- ной модуляцией, может использоваться в вычислительных машинах и системах управления технологическими процессами. Цель изобретения - повышение точности и достоверности диагностирования работоспособности. Устройство содержит интегратор 1, релейные блоки 2, 3. компаратор 4, элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5, элемент ЗАПРЕТ 6, сумматор 7, входную 8 и выходную 9 клеммы. 5 ил.

8

Фиг.1

Изобретение относится к широтно-им- пульсным усилителям и может быть использоваться в вычислительных машинах.

Цель изобретения - повышение точности и повышение достоверности диагностирования работоспособности развертывающего усилителя.

На фиг, 1 представлена структурная схема развертывающего усилителя; на фиг. 2-5 - временные диаграммы его сигналов и основн ые расчетные соотношения.

В состав развертывающего усилителя (фиг. 1) входят интегратор 1, первый 2 и второй 3 релейные блоки, компаратор 4, элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5, элемент ЗАПРЕТ 6, сумматор 7, входная 8 и выходная 9 клеммы.

Интегратор 1 имеет передаточную функцию W(p)1 , где Тр - постоянная време- ни. Знак выходного напряжения инвертирован по отношению к знаку входного сигнала.

Релейные блоки 2,3 выполнены с неинвертирующей и симметричной относительно нуля петлей гистерезиса. Выходной сигнал меняется дискретно в пределах ± А. Выполняется условие } ± Bi I I ±621, где ±Bi и ±В2 пороги переключения релейного блока 2 и 3 соответственно.

Компаратор 4 производит сравнение уровней сигналов с выхода сумматора 7 и с входной клеммы 8. Выходной сигнал меня-, ется дискретно в пределах ±А. Переключение в состояние +А происходит в случае, когда напряжение с выхода сумматора 7 превышает величину входного сигнала развертывающего усилителя,

Элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5 переключается в состояние 1 при совпадении знаков напряжений с выходов релейных блоков 2, 3. 8 противном случае элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ находится в состоянии 0

Элемент ЗАПРЕТ 6 формирует на выходе напряжение стабильной амплитуды, знак которого соответствует знаку выходного сигнала релейного блока 3 при условии, что элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ находится в О. При 1й на выходе блока 3 выходное напряжение элемента ЗАПРЕТ 6 равно О.

Сумматор 7 имеет единичный коэффициент передачи по каждому из входов. Статическая характеристика вход-вы ход неинвертирующая.

На диаграмме сигналов YM(t) - выходной сигнал интегратора 1, Ypi(t) - выходной сигнал первого релейного блока 2, Ypssft) - выходной сигнал второго релейного блока 3, Y (t) - выходной сигнал элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5, Y3(t) - выходное напряжение элемента ЗАПРЕТ 6, Y (t) - выходной сигнал сумматора 7, ± А - амплитуда импульсов на выходе блоков 2. 3. компаратора

4, элемента ЗАПРЕТ б, ХВх - входной сигнал развертывающего усилителя, ± Хмакс - максимально возможный диапазон изменения входного сигнала ХВх, Yp3(t) - выходной сигнал компаратора 4 при нулевом уровне

входного сигнала, Хвх1 - уровень входного сигнала, соответствующий линейному режиму работы развертывающего усилителя, Yp3(t) - выходные импульсы компаратора 4 для величины ХВх1. ХВх2 - уровень входного сигнала Хвх для работы усилителя в режиме ограничения среднего значения выходных импульсов, Yp3(t) - выходные импульсы компаратора 4, соответствующие уровню ХВх2, Т.МИН - длительность импульсов на выходе элемента ЗАПРЕТ 6 (минимальная длительность выходных импульсов компаратора 4), ±Ы - пороги переключения релейного блока 2, ± bz - пороги переключения релейного блока 3, Хех2 уровень входного сигнала развертывающего усилителя, соответствующий режиму пре- дограничения среднего значения выходных импульсов

Наименование параметров для расчетных соотношений (фиг. 3, 4) даны на фиг. 5. Принцип работы устройства следующий.

Усилитель представляет собой широт- но-импульсную систему с вертикальным

принципом управления. Интегратор 1 и релейный блок 2 в совокупности образуют автоколебательный каскад для формирования пилообразного напряжения. Сигнал пилы на выходе интегратора 1 .имеет симметричную форму и амплитуду, ограниченную на уровне порогов переключения релейного блока 2 (фиг. 2а). По достижении выходным сигналом интегратора 1 пороговых уровней релейного блока 3 происходит срабатывание последнего (фиг. 2а), причем напряжение на выходе релейного блока 3 опережает по фазе выходной сигнал релейного блока 2. Величина этой фазы определяется соотношением порогов переключения релейных.

блоков 2, 3. В случае несовпадения знаков выходных сигналов релейных блоков 2, 3 (фиг. 2а) на выходе элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 5 формируется О (фиг. 26), и выходной сигнал релейного блока 3 через элемент

ЗАПРЕТ 6 подается на вход сумматора 7. При этом выходное напряжение элемента ЗАПРЕТ представляет собой равнополяр- ные, чередующиеся между собой импульсы (фиг. 2в) длительности, равной фазовому

сдвигу между выходными импульсами релейных блоков 2, 3 (фиг. 2а). С помощью сумматора 7 производится суммирование выходного пилообразного напряжения интегратора 1 (фиг. 2а)с импульсным сигналом на выходе элемента ЗАПРЕТ 6 (фиг. 2в). В результате на первый вход компаратора 4 поступает пилообразное напряжение, имеющее всплески амплитуды, величина которых превышает максимально возможный диапазон изменения входного сигнала управления, поступающего на клемму 8 (фиг. 2г). С помощью компаратора 4 производится сравнение пилообразного и входного на- пряжений усилителя. Как только сигнал пилы с выхода сумматора 1 превысит уровень входного напряжения, компаратор 4 переключается в положительное по знаку состояние (фиг. 2г). По мере роста величины сигнала на входе 8 (фиг. 2г) длительность импульса положительной полярности уменьшается, а длительность импульса отрицательной полярности возрастает, что приводит к росту полезной составляющей выходных импульсов развертывающего уси- лителя. Минимальная длительность выходных импульсов усилителя равна фазовому сдвигу между выходными напряжениями релейных блоков 2, 3 (фиг. 2а, в, г).

Рассмотрим характерные режимы рабо- ты усилителя.

Линейный режим (фиг, 3), когда входной сигнал изменяется в пределах, огра- ниченных порогами переключения релейного блока 3, т.е. соответствующих линейным участкам пилообразного напряжения с выхода сумматора 7 (фиг. 3, диаграмма сигналов). На этом участке между входным сигналом усилителя и средним значением его выходных импульсов сущест- вует линейная зависимость.

Режим предограничения (фиг. 4), наступающий в случае, когда входной сигнал находится внутри зоны, ограниченной пороговыми величинами релейных блоков 2,3 (фиг. 3, диаграмма сигналов). Здесь один из фронтов выходных импульсов жестко фиксируется во времени передним фронтом сигнала, поступающим с выхода элемента ЗАПРЕТ 6. С ростом входного напряжения происходит увеличение скважности выходного сигнала развертывающего усилителя лишь за счет смещения второго фронта выходных импульсов путем перемещения входного сигнала по линейному участку пилы, ограниченному величиной Bi-B2. На этом участке коэффициент передачи усилителя уменьшается по сравнению с линейным режимом работы.

Режим ограничения (фиг. 4) наступает в случае, когда уровень входного сигнала превышает величину порогов переключения блока 2. При этом скважность выходных импульсов усилителя зависит от величины фазового сдвига между импул ьсами на выходе релейных блоков 2, 3.

В развертывающем усилителе в случае превышения входным сигналом допустимого уровня сохраняется режим переключений его выходного сигнала, что повышает достоверность процесса диагностирования работоспособности устройства.

Введение элемента ЗАПРЕТ 6 не отражается на величине входного сопротивления усилителя, а также не влияет на величину его коэффициента передачи в линейном режиме работы. Вследствие этого повышается точность работы развертывающего усилителя.

Формула изобретения

Развертывающий усилитель, содержащий последовательно соединенные интегратор и первый релейный блок, выход которого соединен с входом интегратора и с первым входом элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ, второй релейный блок, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход подключен к второму входу элемента РАВ- НОЗНАЧАНОСТЬ, сумматор, источник сигнала управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и повышения достоверности диагностирования работоспособности, в- него введены компаратор, выход которого является выходом развертывающего усилителя, и элемент ЗАПРЕТ, первый вход которого соединен с выходом второго релейного блока, а второй вход подключен к выходу элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ, при этом выход сумматора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к источнику сигнала управления, а первый и второй входы сумматора соединены соответственно с выходом интегратора и с выходом элемента ЗАПРЕТ.

Фие.2

Расчетные соотношения

Линейный рсхим:

t+-28,T(t-A),T(t+«);

T0°tt + t- в,Т (%.,).

ежим предогроничемя: , 2B,Til-0,5d-Вг)- ,Г(1+0,5с{+ 6г); ,7

tt.-J).:W%(+&)

Режим ограничения (8tl

макс мин - 4&9г ,„, % - lhO,5A(f+d,)

ФагЛ

3B,T(t+«);

Фиг.З

Наименование параметров /с расчетным соотношениям на . 3,4

l+)tj интерВаль/ развертывающего преобразования для линейного режима, работы РУ ;

i+) t интербалы развертывающего преобразования .для режима предогранииений ,

tMOKC,tMUH-интервалы развертывающего преобразования В режиме, ограничения ;

70- период Выходных импульсоВ РУ Т - постоянная Времени интегратора /; d(Xsx/Ai-Нормированное значение сигнала

управления Xgx ,

BrfBf/A{-нормированное значение порогоВ ±Ь, ... переключения релейного ff/гока 2; . ±/4- амплитуда Выходных импульсов РУ;

У0- среднее значение Выходных импульсов РУ; Bf B2IBi -нормированное значение порогов ±Ь2 переключения релейного 5лока з;

48(l8tHBil)/IAI- нормированное значение разности порогоВ переключения релейных 5локоВ 2,3 ;

Уомат - максимальный уровень среднего значени $ыходных импульсоВ РУ.