Импульсный усилитель Советский патент 1980 года по МПК H03K5/12 H03F3/68 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Известен импульсный усилитель, содержащий операционный усилитель, индуктивную нагрузку, соединент1ую через резистор с общей шиной, и цепь отрицательной обратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора yj. Однако известный импульсный усилитель не обладает необходимым быстродействием и экономичностью. Цель изобретения - повышение быстродействия и эконом1гчности импульсного усилителя. Для этого в имггульсном усилителе, содержащем операционный усилитель, индуктивную нагрузку, соединенную через резистор с обшей шиной, и цепь отрицательной обратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора, введены повышающий трансформатор, ключ, дополнительный транс- форматор, конденсатор и два диода, причем диоды включены последовательно между шинами источника питания, начало первичной обмотки повышаюш.его трансформатора соединено с выходом операционного усилителя, а ее конец черезконденсатор - с общей шиной, начало вторичной обмотки повышающего трансформатора соединено с индуктивной нагрузкой, k ее конец - с выходом операционного усилителя, выводы первичной обмотки допьлнительного трансформатора соединены, соответственно, один непосредственно с отводом вторичной обмотки повышающего, трансформатора, а другой через ключ с выхоьом операционного усилителя. Вторичная обмотка дополнительного трансформатора включена между обшей шинЬй и местом соединения диодов, а ключ выполнен на двух соединенных параллельно транзисторах разного типа проводимости, базы которых через дополнительный резистор соединены с обшей шиной, эмиттеры - с выходом операционного усилителя, а коллекторы через допол- нительные диоды, срответственно, с BF IBOдом пополнительного трансформатора. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема, импульсного усилителя.. Импульсный усилитель содержит операционный усилитель (ОУ) 1, повышающий трансформатор 2, конденсатор 3, йндуктИв ную нагрузку 4, резистор 5, uer0:i отрицательной обратной связи - резистор 6, реЗЙстор 7, ключ 8, содержащий транзисторы 9 и 10, резистор 11, дополнительные диоды 12 и 13, дoпoлниteльный трансформатор 14, диоды 15 и 16, источник питания, Импульсный усилитель работает следу Тощим образом. Работа импульсного усилителя зависит от состояния ключа 8, Как виДнбиз Схе-. мы, состояния последнего определяются наличием и полярностью напряжений на выходе ОУ 1 и вторичной обмотке повышающего трансформатора 2. Ключ 8 закрыт, если полярность напря жений на выходе ОУ 1 и вторичной обмот ке повышающего трансформатора 2 такова что эти напряжения по отношению к общей точке суммируются. Ключ 8 открыт, если указанные напряжения вычитаются, Если, например, на выходе ОУ 1 имеется напряжение положительной полярности по отношению к общей точке, то отпирается транзистор 9, а транзистор Ю остается запертым. Резистор 11 ограничивает ток базы транзистора 9 (1О), Благодаря диоду 12 ключ 8 не проводит, если полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора 2 такова, что плюс содер жится на начале обмотки, и проводит, еели плюс на конце обмотки. Таким образом в первом случае происходит суммирование указанных напряжений и ключ 8 закрыт,., во втором - вычитание и ключ 8 открыт. При другой поляртгости напряжения на выходе ОУ 1 аналогичным образом работают транзистор 10 и диод 13, В исходном состоянии сигнал отсутствует, отсутствует ток в индуктивной нагрузке 4, обесточень все элементы ключа 8, При под Че на входной резистор 7 напряжения U например прямоуголь- него импульса положительной полярности, на выходе ОУ 1 появляется напряжение вых. отрицательной полярности, которое прикладывается к первичной обмотке повышающего трансформатора 2, Возникшее во вторичной обмотке этого трансформято ра 2 напряжение U, суммируется с выодным ОУ 1 и прикладывается к индукивной шгрузке Ur , UP,( n,) де п - коэффициент трансформации повышающего трансформатора 2. Согласно описанному выше алгоритму работы ключ 8 закрыт. Токи в индуктивной нагрузке 4 и в первичной обмотке повьшгающего трансформатора 2 быстро нарастают. Заряжается конденсатор 3, обеспечивающий развязку выхода ОУ 1 по постоянному то ку. Это происходит до тех пор, пока на инвертирующем входе ОУ 1 не сравняются токи UT входного сигнала и сигнала обратной связи. После этого напряжение на выходе ОУ 1 уменьшается и благодаря обратной связи поддерживается равным: . : /, :I Jewx- J nK V)/ где и - напряжение во вторичной обмотке повышающего трансформатора 2 при открытом кличе 8j в индуктивной нагрузке 4 при равенстве на инвертирующем входе ОУ 1 входного тока и тока обратной СВЯЗИ} активное сопротивление вторичной обмотки повышающего трансформатора 2j - активное сопротивление индуктивной нагрузки 4; 6 - сопротивление резистора 6 обратной связи. При этом, так как напряжение на выходе ОУ 1 упало, уменьшается ток в первичной обмотке повышающего, трансформатора 2. Магнитный поток в сердечнике этого трансформатора 2 также падает. Во вторичной обмотке его появляется электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции с плю- сом на начале обмотки, ЭДС направлена , встречно выходному напряжению ОУ 1 и стрем иться уменьшить ток в индуктивной нагрузке 4, Ее величина может превысить динамический диапазон Uq ОУ 1, Однако с помощью ключа 8, который при таком сочетании напряжений открыт, вторичная обмотка повышающего трансформатора 2 (или ее часть) шунтируется. Тем самым ЭДС на всей вторичной обмотке снижается до допустимой величины U определяемой из условия: ,K .(wp Напряжение U (или часть его) прикладывается к первичной обмотке дополнительного трансформатора 14, коэффициент трансформации которого выбран из условия: где - напряжение источников питания импульсного усилителя; п- падение напряжения на открытбм диоде 16 (15). Во вторичной обмотке дополнительного трансформатора 14 появляется напряжение, превышающее Е. диод 16 отпира ется и происходит войврат источнику питания энергии, запасенной в виде магнит ного потока в сердечнике повышающего трансформатора 2. Когда поток в последнем упадет до нуля, энергия, запасенная в, трансформаторе 14, аналогичным обра эом, но уже через диод 15, возвратится источнику питания. Таким образом происходит в импульсном усилителе отработка ступенчатого входного сигнала и возврат энергии источ нику питания. В дальнейшем входной сигнал может скачкообразно либо увеличиться, либо умень ш иться. Изменение входного сигнала может произойти в любой момент времени, в том числе и до -того, как возвратится в источник питания вся энергия, запасенная в трансформаторах 2 и 14 в виде ма нитного потока. Однако по закону индукции напряжение в обмотхах трансформатора зависит только от скорости изменения потока, поэтому состояние ключа 8 в это момент и, следовательно, работа импульс ного усилителя не зависит от того, успела ли возвратиться в источник питания энергия, запасенная в трансфор 1аторэх 2 и 14. В связи с этим, при дальнейшем скачкообразном увеличении входного сигнала импульсный усилитель работает аналогично тому, как описано выше. Уменьшение входного сигнала может происходить с сохранением полярности или с изменением ее на противоположную. В любом случае благодаря запаздыванию сигнала обратной связи по отношению к входному (вследствие индуктивного характера нагрузки 4) знак выходного напряже ния ОУ 1 всегда меняется на противоположный, ключ 8 запирается и работа импульсного устглителя при скачкообразном уменьшении входного сигнала происходит аналогично рассмотренному выше. Если входной сигнал изменяется по стшусоидальному закону, то :люч 8. все время закрыт (также из-оа запаздывания сигнала обратной связи). В этом случае импульсный усилитель работает как обычный усилитель с трансформаторным выходом. : .- . Формула изобретения 1,Импульсный усилитель, содержащий операционный усилитель, индуктивную н агрузку, соединенную через резистор с обшей шиной, и цепь отрицательной обратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и экономичности, в него введены повышающий трансформатор, ключ, дополнительный трансформатор, конденсатор и два диода, npH4e vf диоды включены последовательно между шинами источника питания, начало первичной обмотки повышающего трансформатора соединено с выходом операционного усилителя, а ее конец через конденсатор - с обшей шиной, начало вторичной обмотки повышающего трансформатора соединено с индуктивной нагрузкой, а ее конец - с выходом операционного усилителя, выводы первичной обмотки дополнительного трансформатора соединены, соответственно один непосредственно с отводом вторичной обмотки повышающего трансформатора, а другой через ключ с выходом операционного усилителя, вторичная обмотка.дополнительного трансформатора включена между общей шиной и местом соединения диодов. 2.Усилитель по п. 1,отличающий с я тем, что ключ выполнен на двух соединенных параллельно транзисторах разного типа проводимости, базы которых через дополнительный резистор соединены с общей шиной, эмиттеры - с выходом операционного усилителя, а коллекторы через дополнительные диоды, соответственно - с выходом дополнительного трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе , 1. Патент США № 3747О06, кл. Н 03 F 3/68, опублик. 1973 (прототип) .

h

d}noHM/r