Широтно-импульсный операционный усилитель Советский патент 1977 года по МПК G06G7/12 

1

Изобретение относится к усилительным устройствам, работающим в релейном режиме и может быть использовано в вычислительных машинах.

Один из известных релейных операционных усилителей содержит последовательно включенные интегратор и релейный элемент, ключевые элементы l .

Это устройство имеет сравнительно низкую точность работы.

Из известных устройств аналогичного назначения наиболее близким к предложенному является широтно-импульсный операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно входной масштабирующий резистор, интегратор, релейный элемент, выход которого через операторный резистор обратной связи подключен ко входу интегратора и выходу порогового элемента, дифференцирующий элемент, один выход которого соединен со входом интегратора, другой выход дифференцируюшего элемента через первый ключевой элемент подключен к шине нулевого потенциала, а через второй ключевой элемент соединен со входом релейного элемента, управляющие входы ключевых элементов подключены к дополнительному выходу интегратора

ИОднако это устройство имеет сравнительн низкую точность работы вследствие значительного измерения частоты автоколебаний при воздействии помех.

Целью изобретения является повышение точности работы усилителя.

Это достигается тем, что в широтно-импульсный операционный усилитель введен дополнительный интегратор, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход подключен ко входу порогового элеме та.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого усилителя.

Он содержит входной масштабирующий резистор 1, интегратор 2, релейный элемент 3, операторный резистор обратной связи 4, пороговый элемент 5, дополнительный интегратор 6, дифференцирующий элемент 7, первый и второй ключевые элементы 8, 9, шину нулевого потенциала 10.

Устройство работает следующим образом. Широтно-импульсный операционный усилитель представляет собой автоколебательную систему с широтно-частотно модулированным выходным сигналом, снимаемым с выхода релейного элемента 3. Переключение релейного элемента происходит при сигнале на выходе интегратора 2, равном порогу переключения релейного элемента 3. Выходное напряжение устройства неизменно по модулю и меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питани При отсутствии входного сигнала среднее значение выходного напряжения устройст ва равно нулю. Наличие сигнала, подаваемого через входной масштабирующий резис1 ор i, приводит к изменению производной выход ного напряжения интегратора 2, которая в интервале совпадения знаков напряжений на входе и выходе устройства определяется сум мой токов входного и обратной связи, а в интервале несовпадения знаков напряжений на входе и выходе устройства - разностью этих токов, В результате за период автоколебаний выходных импульсов напряжения, снимаемого с выхода релейного элемента 3, среднее зна чение этого напрялшния устанавливается про порциональным входному сигналу. При наличии входного сигнала, величина которого меньше заданной, напряжение на выходе допол:1ительного интегратора 6 за период автололебапий не успевает достиг- величины порога срабатывания порогового элемента 5, а первый и второй ключевые элементы 8 и 9 разом1шуты. Если входной сигнал превышает заданную допустимую величину, определяем5ю парамет рами дополнительного интегратора б и порогового элемента 5, то напряжение на выходе дополнительного интегратора 6 достигает порога срабатывания порогового элемен та 5 и на вход Ш1тегратора 2 поступает импульс тока. При этом происходит увеличе ние скорости изменения (изменение произволной) выходного напряжения интегратора 2 и длительность импульса соответствующей полярности выходного напряжения релейного элемента уменьшается. Ограничение длитель ности выходных имшульсов устройства приво дит к эквивалентному ограничению среднего значения выходного напряжения. Если одновременно с полезным сигналом на входе устройства действует гармонический сигнал помехи, причем амплитуда суммарного входного сигнала превышает допустимое заданное значение, и напряжение на выходе интегратора 2 оказывается по абсолютной величине больше порога срабатывания релейного элемента 3, сигналом с доолнительного выхода интегратора 2 замыается второй ключевой элемент 9. Дифференцирующий элемент 7 подключаетя к интегратору 2, увеличивая его постояную времени. Увеличение постоянной времени нтегратора 2 ограничивает рост сигна-га ошибки устройства и устраняет возможность асьгщения интегратора 2. Как только длительность выходного имульса превосходит допустимое значение, пределяемое параметрами порогового элемента 5 и дополнительного интегратора 6, происходит пр1шудительное переключение елейного элемента 3 за счет ик пульса тока, поступающего с выхода порогового элемента 5. Когда же сигнал .на выходе интегратора 2 под воздействием этого импульса тока достигнет величины, близкой к зиаченню порога срабатывания релейного элемента 3s второй ключевой элемент 9 размыкается, а первый ключевой элемент 8 замыкается. Разряд дифференцирующего элемента 7 через входную цепь устройства изменяет величину производной сигнала с выхода интегратора 2. При этом длительность отрицательных импульсов выходного напряжения устройства увеличивается и среднее значение переменной составляющей выходного напряжения за период действия гармонической помехи сохраняется ра.вным нулю . Так как постоянная времени разряда дифференцирующего элемента 7 мапа, то первый ключевой элемент 8 упра.вляется кратковременными импульсами. Таким образом, щиротно-импульсный операционный усилитель сохраняет рабсхгоспособкость в условиях действия гармонической помехи без ухудшения динамических свойств и точности. Формула из е ff е е н и я ШиротнО Импульсный операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно входной масштабирующий резистор, интегра тор, релейный элемент, выход которого через операторный резистор обратной связи подключен ко входу интегратора и выходу порогового элемента, дифференцирующий элемент, oди:i .выход которо о соединен со входом интегратора, другой выход дифференцирующего элемента через первый ключевой элемент подключен к шине нулевого потенциала, а через второй к.шочевой элемент соединен со .входом релейного элемента, управляющие .в.ходы ключевых элементов подк-тючены к дополнительному выходу интегратора, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен дополнительный интегратор, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход подключен ко входу порогового элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 474816, М. Кл G-06 G7/12 21-05.74.

2. Аналоговая и аналого-цифровая вы- щслительная техника Сборник статей под ред. В. Б. Ушакова, вып 3, Советское радио, 1969, стр. 13О, рис. 7 (прототип).