Развертывающий операционный усилитель

 

Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение надежности работы путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия. Операционный усилитель содержит автоколебательный каскад, выполненный в виде соединенных последовательно первого сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 4, выход которого является выходом усилителя и соединен с первым входом первого сумматора 1, и второй сумматор 2,h ключевых элементов 5-1, 5-2, .., 5-п с зоной нечувствительности и блок 6 формирования напряжения питания , выход которого соединен с шиной питания релейного элемента 4. Выход второго сумматора 2 через ключевые элементы 5-1, 5-2, ,,,, 5-п с зоной нечувствительности соединен с соответствующими входами блока 6 формирования напряжения питания ,и входов второго сумматора 2 соединены с входами первого сумматора 1, кроме первого, и являются информационными входами усилителя. Изменение уровня выходного напряжения при увеличении уровня входного сигнала обеспечивает повышение надежности работы усилителя. 5 иЛ, (Л С «W/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7-е (21 ) 3782133/24-24 (22) 16.08.84 (46) 15.03,86. Бюл. N -10 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Л,И. Цытович (53) 681.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 515117, кл. G 06 G 7/12, 1974.

Авторское свидетельство СССР

В 798876, кл. G 06 G 7/12, 1979, (54)РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ

УСИЛИТЕЛЬ (57)Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение надежности работы путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия. Операционный усилитель содержит автоколебательный каскад, выполненный в виде соеди„„SU„„1218400 A ненных последовательно первого .сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 4, выход которого является выходом усилителя и соединен с первым входом цервого сумматора 1, и второй сумматор 2,n . ключевых элементов 5-1, 5-2, 5-п с зоной нечувствительности и блок 6 формирования напряжения питания, выход которого соединен с шиной питания релейного элемента .4.

Выход второго сумматора 2 через ключевые элементы 5-1 5-2, 5-и с зоной нечувствительности соединен с соответствующими входами блока 6 формирования напряжения питания, . входов второго сумматора 2 соединены с входами первого сумматора 1, кроме первого, и являются информационными входами усилителя.

Изменение уровня выходного напряжения при увеличении уровня входного сигнала обеспечивает повышение надежности работы усилителя. 5 ил.!

218400

Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, Цель изобретения — повышение надежности работы усилителя путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия.

На фиг, 1 изображена функциональная схема развертывающего операционного усилителя; на фиг. 2 схема блока формирования напряжения питания, вариант исполнения; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов; на фиг, 4 и 5 — амплитудные характеристики релейного элемента и ключевого элемента с зоной нечувствительности.

На фиг, 1 и 2 обозначены первый и второй сумматоры 1 и 2,интегратор

3, релейный элемент 4, первый, второй, ..., n-й ключевые элементы 5-1, 5-2. ..,, 5-п с зоной нечувствительности, блок 6 формирования напряжения питания, первый, второй, и-й информационные входы 7-1, 7-2, 7-п выход 8, первый и второй операционные усилители 9 и 10 усилительный транзистор ll первый и второй диоды 12 и 13, дроссель 14, фильтрующий конденсатор 15, первый и второй ключи 16 и 17, масштабные резисторы 18-27, шина 28 нулевого потенциала, вход 29 опорного напряжения, управляющие входы 30-1, 30-2 и выход 31.

Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.

Первый и второй сумматоры l и 2 осуществляют линейное преобразование входных сигналов и имеют единичный коэффициент передачи.

Релейный элемент 4 имеет пороги переключения +В и . амплитудную характеристику, показанную на фиг. 4.

Амплитуда сигнала на выходе релейного элемента 4 определяется величиной напряжения на его шине питания. Ключевые элементы 5-1, 5-2, 5-п с зоной нечувствительности имеют амплитудную характеристику, показанную на фиг, 5. Зона нечувствительности + С„, причем !+ С ь-,! <

Выходное напряжение блока. 6 формирования напряжения питания дискретно измейяется по уровню в функции напря жений на его управляющих входах.

IIPH ОТ -ут(TBH4f < И1 нЯЗ(ОВ (q. g (1 ) ((t), ... на выходах ключевых элементов 5-1, 5-2, ... с зоной не чувствительности выходное напряжение блока 6 формирования напряжения питания имеет минимальное значение, необходимое для создания режима устойчивых автоколебаний в контуре: первый сумматор 1, интегратор 3, релейный элемент 4.

В случае нулевого значения сигналов на входах 7-1, 7-2, . ° . на выходе 8 выходной сигнал У (1) (фиг.3a, имеет форму симметричных импульсов типа "меандр" со средним нулевым значением. При этом 1 = 1 (фиг. 3 ), что обеспечивает за время Т, автоколебаний нулевой уровень постоянной составляющей.

При наличии сигнала X(t.) на одном из входов 7-1, 7-2, ..., удовлетворяющего условию 0 < 1Х(Ф)! < !С5 (фиг. За, интервал t, — t, где !

Ñ,! — зона нечувствительности первого ключевого элемента 5-1 с зоной нечувствительности), сигнал на выходе.8 пропорционален входному сигналу, так как в интервале (фиг. 3 г) развертка Уд(t) .(выходной сигнал интегратора 3) изменяется под действием разности сигналов на входах первого сумматора 1, а в интервале t — под действием суммы этих напряжений. а

Предположим, что в момент (фиг. За) входной сигнал увеличился до уровня (С ) < X(t) < (r.> ).

В этом случае на выходе первого ключевого элемента 5-1 с зоной нечувствительности появляется сигнал логической единицы (фиг. Зс), который вызывает дискретное изменение

", увеличение) напряжения питания релейного элемента 4 на величину А, (фиг. 3 г), В интервале t < t с t> (фиг. 3 ) постоянная .составляющая импульсов на выходе 8 также пропорциональна .уровню входного сигнала (фиг. 3 2). Это является очевидным, так как возмущение со стороны напряжения питания релейного элемента 4 вводится во внутренний контур замкнутой автоколебательной системы.

Дальнейшее увеличение амплитуды входного сигнала (фиг. За; . > 1,д ) приводит к появлению на выходе второго ключевого элемента 5-2 с зоной нечувствительности сигнала логической единицы (фиг. 3!!), вызывающего дальнейшее приращение амплитуды импульсов на выходе 8 на величину -+ 4А,фиг, 37). При изменении знака входного сигнала (фиг. 3a) процесс повторяется (фиг. 36, S, z ).

Число. модуляционных зон (фиг. 3z) определяется числом ключевых элементов с зоной нечувствительности.

Таким образом, релейный элемент 4 выходит на предельный режим эксплуатации только по мере роста амплитуды входных сигналов, что позволяет повысить надежность работы усилителя.

Блок 6 формирования напряжения питания необходимо выполнять на базе импульсных стабилизаторов напряжения, обладающих максимальным Ш

Блок 6 формирования напряжения (фиг ° 2) работает следующим образом.

В исходном состоянии ключи 16 и

17 замкнуты и сигнал на выходе второго операционного усилителя 10 минимален. Первый операционный усилитель 9, работающий в качестве компаратора, сравнивает напряжения на выходе 31 и выходе второго операционного усилителя 10. Частота автоколебаний опеределяется масштабными резисторами 18-20 и постоянной времени фильтра из дросселя 14 и фильтрующего конденсатора 15. Наличие сигнала на управляющем входе 30-1 переводит ключ 16 в разомкнутое состояние. При этом увеличивается падение напряжения на масштабных резисторах 21, 23, 24 и сигнал в цепи эмиттера транзистора ll и неинверти,рующего входа первого операционного

12!8400 усилителя 9. В результате возрастает амплитуда напряжения на выходе 31.

Дальнейшее увеличение выходного напряжения происходит при размыкании, ключа 17.

Формула и э о б р е т е н и я

Развертываюпщй операционный уси-!

О литель, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, интег" ратор, релейный элвмент, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является первым информационным входом развертывакицего операционного усилителя, второй сумматор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы

gp путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия, в него введены и ключевых элементов с зоной нечувствительности и блок формирования напряжения питания, 2s причем выход второго сумматора подключен к входам ключевых элементов с зоной нечувствительно ти, выход каждого иэ которых соединен с соответствующим входом управления уровнем напряжения блока формирования напряжения питания, h входов второго сумматора соединены с соответству. ющими входами первого сумматора, кроме его первого входа, и являются

35 дополнительными информационными входами развертывакнцего операционного усилителя, выходом которого является выход релейного элемента, выход блока формирования напряжения питания подключен к шине питания релейного элемента.

1218400

«(д

Xg

Су

fgy. У

-Су.

-Си

-к

« f(g

УФЮ1 ЮЮ

Фю S

Составитель О. Отраднов

Техред О.Неце Корректор В. Синицкая

Редактор А. Orap

Закаэ 1133/57 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4