RU2199843C1 - Резервированный усилитель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиостанциях повышенной надежности, в системах многоканальной связи. Техническим результатом является повышение надежности резервированного усилителя (РУ). Этот результат достигается тем, что в РУ дополнительно введен многоканальный блок питания (МБП) 7. Благодаря введению МБП 7 и новых связей появилась возможность за счет исключения физических переключателей в цепях питания усилительных элементов (УЭ) 2, обладающих ограниченной надежностью, защитить источник электропитания от импульсного тока, возникающего при коротких замыканиях в УЭ 2, уменьшить количество элементов в системе диагностики. Таким образом, обеспечен контроль состояния элементов питания, обеспечивающих устойчивое функционирование при возникновении коротких замыканий, повышена надежность РУ. Реализуется на известной технологической базе. 1 з.п.ф-лы, 13 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиостанциях повышенной надежности.

Заявленное техническое решение расширяет арсенал средств данного назначения.

Известен резервированный усилитель (авт. св. СССР 1319240, кл. Н 03 F 1/30, 1987), содержащий N усилительных элементов, управляемое устройство сложения мощности, N датчиков контроля тока в цепях питания, N ключевых элементов включения усилительных элементов и нагрузку, в котором имеется возможность изменять выходную мощность, а резервные элементы находятся в ненагруженном режиме.

Недостатками этого устройства являются относительно невысокое быстродействие, большое время восстановления работоспособного состояния при отказах типа "обрыв" усилительных элементов, отсутствие защиты от перегрузок последующих каскадов, жесткие требования, предъявляемые к амплитудам мощностей усилительных элементов, так как управляемое устройство сложения обладает низким коэффициентом полезного действия в случае их неравенства.

Известен также резервированный усилитель (авт. св. СССР 1434568, кл. Н 05 К 10/00, 1987), содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов (N≥4), N датчиков контроля тока, N коммутирующих элементов, блок питания, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, устройство суммирования мощности и передающую антенну, в котором имеется возможность защиты от перегрузок последующих каскадов.

Недостатками устройства являются большой расход элементов для контроля состояния усилителей, так как на каждый усилительный элемент необходима своя схема контроля; невысокая надежность усилительных элементов, так как отказ блоков контроля воспринимается блоком управления как неисправность контролируемого устройства.

Наиболее близким к заявленному устройству по принципу действия и технической реализации является резервированный усилитель (авт. св. СССР 2115275, 6 Н 05 К 10/00, 1998 г.), содержащий источник входного сигнала, N датчиков контроля тока, N усилительных элементов, где N≥4, N коммутирующих элементов, блок питания, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, устройство суммирования мощности, передающую антенну, блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля состояния усилительных элементов, распределитель импульсов. Это устройство по сравнению с описанными аналогами обеспечивает быстрое восстановление работоспособного состояния, в том числе при кратных отказах.

Однако устройство-прототип имеет недостатки: относительно низкая надежность устройства, обусловленная высокой вероятностью выхода из строя элементов схемы при возникновении коротких замыканий в системе питания.

Целью изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышение надежности резервированного усилителя.

Поставленная цель достигается тем, что в резервированный усилитель, содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов, где N≥4, N коммутирующих элементов, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, блок суммирования мощности, передающую антенну, блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля состояния усилительных элементов, распределитель импульсов, выход источника входного сигнала подключен ко входам усилительных элементов, управляющие входы N коммутирующих элементов подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем, сигнальный выход i-го, где i=1, 2,...,N, усилительного элемента подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента и i-му сигнальному входу блока коммутаторов, проверочные выходы коммутаторов усилительных элементов объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента подключен к i-му входу блока суммирования мощности, выход которого подключен ко входам датчика-нормализатора и передающей антенны, выход датчика-нормализатора подключен к контрольному входу блока управления резервированным усилителем, входы считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" блока управления резервированным усилителем являются соответственно входами считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" резервированного усилителя, a m входов, где m≤log₂N, блока управления резервированным усилителем являются соответствующими m входами сигналов управления резервированного усилителя, выход i-го коммутирующего элемента подключен к коммутационному входу i-го усилительного элемента и i-му коммутационному входу блока коммутаторов, сигнальные, токовые и коммутационные выходы которого объединены и подключены к первому и второму сигнальному, токовому и коммутационному входам блока сигнализации, выход сигнала управления блока сигнализации подключен к N входам сигнала управления блока контроля состояния усилительных элементов, а аварийный выход блока сигнализации является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя, N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов объединены и подключены к контрольному входу блока сигнализации, i-ый управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента и к i-му контрольному входу блока управления резервированным усилителем, i-ый выход распределителя импульсов подключен к i-му синхронизирующему входу блока контроля состояния усилительных элементов, i-му синхронизирующему входу блока коммутаторов, а вход распределителя импульсов подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем, дополнительно введен многоканальный блок питания. I-ый питающий выход многоканального блока питания подключен к питающему входу i-го коммутирующего элемента. I-ый управляющий выход многоканального блока питания подключен к i-му управляющему входу блока коммутаторов. I-ый синхронизирующий вход многоканального блока питания подключен к i-му выходу распределителя импульсов.

Многоканальный блок питания состоит из первичного источника питания, анализатора, формирователя управляющего напряжения, индикатора. N коммутационных выходов первичного источника питания соединены с соответствующими N коммутационными входами формирователя управляющего напряжения. Первый и второй токовые выходы первичного источника питания соединены соответственно с первым и вторым токовыми входами анализатора, управляющий выход которого соединен с управляющим входом формирователя управляющего напряжения. N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения соединены с соответствующими N входами индикатора. N питающих выходов первичного источника питания являются соответствующими N питающими выходами многоканального блока питания. N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N управляющими выходами многоканального блока питания. N синхронизирующих входов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N синхронизирующими входами многоканального блока питания.

Благодаря введению многоканального блока питания и новых связей появилась возможность за счет исключения физических переключателей в цепях питания усилительных элементов, обладающих ограниченной надежностью, защитить источник электропитания от импульсного тока, возникающего при коротких замыканиях в усилительных элементах, уменьшить количество элементов в системе диагностики. Таким образом, обеспечен контроль состояния элементов питания, обеспечивающих устойчивое функционирование заявленного устройства при возникновении коротких замыканий в его системе электропитания, повышена надежность резервированного усилителя.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного изобретения условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность выявления предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленное устройство поясняется схемами:
фиг.1 - общая структурная схема резервированного усилителя;
фиг.2 - схема блока коммутаторов 13;
фиг.3 - схема четырехвходового коммутатора 13.1;
фиг.4 - схема блока сигнализации 14;
фиг.5 - схема блока управления 14.1 (14.2);
фиг.6 - схема блока контроля 14.3;
фиг.7 - схема блока контроля состояния усилительных элементов 16;
фиг.8 - схема блока управления резервированным усилителем 6;
фиг. 9 - таблица состояний работы структурных элементов резервированного усилителя;
фиг.10 - структурная схема многоканального блока питания;
фиг.11 - схема первичного источника питания;
фиг.12 - схема анализатора;
фиг.13 - схема формирователя управляющего напряжения.

Заявленное устройство, схема которого представлена на фиг.1, состоит из источника входного сигнала 1, усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, устройства суммирования мощности 4, передающей антенны 5, блока управления резервированным усилителем 6, многоканального блока питания 7, коммутирующих элементов 8¹-8^N, датчика-нормализатора 11, эквивалента нагрузки 12, блока коммутаторов 13, блока сигнализации 14, распределителя импульсов 15, блока контроля состояния усилительных элементов 16. Выход источника входного сигнала 1 подключен ко входам усилительных элементов 2¹-2^N. Управляющие входы коммутирующих элементов 8¹-8^N подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем 6. Сигнальный выход i-го, где i=1, 2,...,N, усилительного элемента подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента и i-му сигнальному входу блока коммутаторов 13. Проверочные выходы коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки 12, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента подключен к i-му входу блока суммирования мощности 4, выход которого подключен ко входам датчика-нормализатора 11 и передающей антенны 5. Выход датчика-нормализатора 11 подключен к контрольному входу блока управления резервированным усилителем 6, входы считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" блока управления резервированным усилителем 6 являются соответственно входами считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" резервированного усилителя, a m входов, где m≤log₂N, блока управления резервированным усилителем 6 являются соответствующими m входами сигналов управления резервированного усилителя. Выход i-го коммутирующего элемента подключен к коммутационному входу i-го усилительного элемента и i-му коммутационному входу блока коммутаторов 13, сигнальные, токовые и коммутационные выходы которого объединены и подключены к первому и второму сигнальному, токовому и коммутационному входам блока сигнализации 14. Выход сигнала управления блока сигнализации 14 подключен к N входам сигнала управления блока контроля состояния усилительных элементов 16, а аварийный выход блока сигнализации 14 является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя. N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов 16 объединены и подключены к контрольному входу блока сигнализации 14, i-ый управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов 16 подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента и к i-му контрольному входу блока управления резервированным усилителем. I-ый выход распределителя импульсов 15 подключен к i-му синхронизирующему входу блока контроля состояния усилительных элементов 16, i-му синхронизирующему входу блока коммутаторов 13, а вход распределителя импульсов 15 подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем 6. I-ый питающий выход многоканального блока питания подключен к питающему входу i-го коммутирующего элемента. I-ый управляющий выход многоканального блока питания подключен к i-му управляющему входу блока коммутаторов. I-ый синхронизирующий вход многоканального блока питания подключен к i-му выходу распределителя импульсов.

Блок коммутаторов 13, схема которого показана на фиг.2, предназначен для согласованной в требуемые моменты времени передачи сигналов от усилительных элементов 2¹-2^N, коммутирующих элементов 8¹-8^N на входы схемы блока сигнализации 14.

Блок коммутаторов 13 состоит из N четырехвходовых коммутаторов 13.1¹-13.1^N, сигнальные, токовые, коммутационные и синхронизирующие входы каждого из которых являются соответственно сигнальными, токовыми, коммутационными и синхронизирующими входами блока коммутаторов 13, а их сигнальные, токовые, коммутационные выходы являются сигнальными, токовыми и коммутационными выходами блока коммутаторов 13.

Входящие в схему блока коммутатора 13 четырехвходовые коммутаторы 13.1¹-13.1^N идентичны и схема их может быть реализована так, как показано на фиг.3.

Четырехвходовый коммутатор 13.1, схема которого показана на фиг.3, служит для согласованной передачи сигналов одного из N усилительных элементов 2¹-2^N и коммутирующих элементов 8¹-8^N на входы блока сигнализации 14.

Четырехвходовый коммутатор состоит их трех элементов ИЛИ 13.1.1, 13.1.2, 13.1.3, при этом первые входы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным входами четырехвходового коммутатора, их вторые входы включены в параллель и являются синхронизирующим входом четырехвходового коммутатора, а выходы элементов ИЛИ являются соответственно сигнальным, токовым и коммутационным выходами четырехвходового коммутатора 13.1. В частности, элемент ИЛИ, входящий в схему четырехвходового коммутатора 13.1, выполнен по известной схеме (см. рис. 1.27, з, с. 48 [1]), который в свою очередь может быть реализован на интегральной микросхеме (ИМС) К 155 ЛЛ1.

Блок сигнализации 14, схема которого показана на фиг.4, служит для проверки функционирования усилительных элементов 2¹-2^N по короткому замыканию в цепях питания и обрыва, внутренней самопроверки, формирования управляющих сигналов на блок контроля состояния усилительных элементов 16 и выдачи сигнала "Авария" о неисправности блока управления. Блок сигнализации 14 состоит из первого 14.1 и второго 14.2 блоков управления и блока контроля 14.3. Сигнальные, токовые и коммутационные входы блоков управления 14.1 и 14.2 являются соответствующими сигнальными, токовыми и коммутационными входами блока сигнализации 14, первый выход первого блока управления 14.1 соединен с первым входом блока контроля 14.3, первый выход второго блока управления 14.2 соединен с вторым входом блока контроля 14.2, а выходы контрольного сигнала первого и второго блоков управления 14.1 и 14.2 объединены и являются входом контрольного сигнала блока сигнализации 14, при этом первый и второй выходы блока контроля 14.3 являются соответственно аварийным выходом и выходом сигнала управления триггерами блока сигнализации 14.

На фиг.5 показана схема блока управления 14.1 (14.2), который служит для контроля исправности усилительных элементов 2¹-2^N. Блок управления состоит из датчика-нормализатора 14.1.1, первого элемента И 14.1.2, элемента ИЛИ 14.1.3, первого инвертора И-НЕ 14.1.4, второго элемента И 14.1.5, второго инвертора И-НЕ 14.1.6, при этом вход датчика-нормализатора 14.1.1 является сигнальным входом блока управления 14. Его выход соединен с первым входом первого элемента И 14.1.2, второй вход которого является токовым входом блока управления 14.1 (14.2), а выход первого элемента И 14.1.2 соединен с первым входом элемента ИЛИ 14.1.3, выход которого является первым выходом блока управления 14.1 (14.2), второй вход элемента ИЛИ 14.1.3 подключен к выходу второго элемента И 14.1.5, первый вход последнего соединен с инверсным выходом первого инвертора И-НЕ 14.1.4, вход которого является токовым входом блока управления 14.1 (14.2), а второй вход второго элемента И 14.1.5 соединен с инверсным выходом второго инвертора И-НЕ 14.1.6, вход которого является входом контрольного сигнала блока управления 14.1 (14.2). В частности, в качестве датчиков-нормализаторов 14.1.1 могут быть использованы магнитно-электрические датчики (см. рис. [3]), элементы И 14.1.2, 14.1.5 выполнены по известной схеме (см. рис. 123, в, с. 41 [1]) и могут быть реализованы на ИМС К155ЛИ5, элемент ИЛИ 14.1.3 выполнен по известной схеме (см. рис. 1,27, з, с. 48 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛЛ1, элементы И-НЕ 14.1.4, 14.1.6 выполнены по известной схеме (см. с. 131 [4]) и могут быть реализованы на ИМС К155ЛА8.

Блок контроля 14.3, схема которого показана на фиг.6, служит для контроля исправности блока управления 14 и выдачи сигнала "Авария". Блок контроля содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 и элемент ИЛИ 14.3.2, при этом первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 и ИЛИ 14.3.2 соединены и являются первым входом блока контроля 14.3, их вторые входы также объединены и являются вторым входом блока контроля 143, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 является аварийным выходом блока контроля 14.3, а выход схемы ИЛИ 14.3.2 является вторым выходом блока контроля 14.3. В частности, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 выполнен по известной схеме (см. рис. 1.34, в, с. 56 [1] ) и может быть реализован на ИМС К155ЛП5, элемент ИЛИ 14.3.2 выполнен по известной схеме (см. рис. 1,27, з, с. 48 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛЛ1.

Блок контроля состояния усилительных элементов 16, схема которого показана на фиг.7, служит для формирования управляющих сигналов на коммутаторы усилительных элементов 3¹-3^N, блок управления 14 и блок управления резервированным усилителем 6 с целью исключения неисправных усилительных элементов 2¹-2^N из контура управления и включения их после восстановления. Блок контроля состояния усилительных элементов 16 состоит из N счетных триггеров 16.1 и N элементов И 16.2, при этом вход С i-го счетного триггера 16.1 и первый вход i-го элемента И 16.2 объединены и являются i-м синхронизирующим входом блока контроля состояния усилительных элементов 16, вход D i-го счетного триггера 16.1 является i-м входом сигнала управления триггерами блока контроля состояния усилительных элементов 16, выход i-го элемента И 16.2 является i-м выходом контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов 16, выход Q i-го счетного триггера 16.1 является i-м управляющим выходом блока контроля состояния усилительных элементов 16, а

- выход i-го счетного триггера 16.1 подключен ко второму входу i-го элемента И 16.2. В частности, счетные триггеры 16.1¹-16.1^N выполнены по известной схеме (см. рис. 4.18, с. 120 [2]) и могут быть реализованы на ИМС К155ТМ2, элемент И выполнен по известной схеме (см. рис. 1.23, в, с. 41 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ЛИ5.

Распределитель импульсов 15 предназначен для синхронной работы блока коммутаторов 13 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 и может быть реализован с помощью регистра сдвига, который выполнен по известной схеме (см. рис. 1.78, а, б, с. 113 [1]) и может быть реализован на ИМС К155ИР13.

Блок управления резервированным усилителем 6, схема которого показана на фиг.8, предназначен для включения усилительных элементов 2¹-2^N в зависимости от требуемой выходной мощности и исправности усилительных элементов 2¹-2^N, а также для синхронизации работы распределителя импульсов 15, причем объединенный выход генератора тактовых импульсов 18 является синхронизирующим входом блока управления резервированным усилителем 6.

На фиг. 9 показана таблица состояний при работе блока усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, элементов блока управления 14.1 (14.2), элементов блока контроля 14.3, элементов блока контроля состояния усилительных элементов 16.

Многоканальный блок питания, схема которого показана на фиг.10, состоит из первичного источника питания, анализатора, формирователя управляющего напряжения, индикатора. N коммутационных выходов первичного источника питания соединены с соответствующими N коммутационными входами формирователя управляющего напряжения. Первый и второй токовые выходы первичного источника питания соединены соответственно с первым и вторым токовыми входами анализатора, управляющий выход которого соединен с управляющим входом формирователя управляющего напряжения. N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения соединены с соответствующими N входами индикатора. N питающих выходов первичного источника питания являются соответствующими N питающими выходами многоканального блока питания. N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N управляющими выходами многоканального блока питания. N синхронизирующих входов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N синхронизирующими входами многоканального блока питания.

Первичный источник питания, схема которого показана на фиг.11, состоит из источника рабочего напряжения U1 и N трансформаторов, причем обмотки 3^N трансформаторов соединены последовательно с источником рабочего напряжения. Первый вывод первого трансформатора является вторым выходом первичного источника питания, а выход источника рабочего напряжения U1 является первым выходом первичного источника питания, первые выводы обмотки 4^N соединены с общей шиной, а вторые выводы являются коммутационными выходами первичного источника питания, первые выводы обмотки 1^N соединены с общей шиной, а вторые выводы являются питающими выходами первичного источника питания.

Анализатор, схема которого показана на фиг.12, состоит из датчика тока 5, компаратора 6 и источника опорного напряжения U2, входы датчика тока 5 являются первым и вторым соответствующими токовыми входами анализатора, выход датчика тока 5 подключен ко входу компаратора 6, вход опорного напряжения которого соединен с выходом источника опорного напряжения U2, управляющий выход компаратора является управляющим выходом анализатора.

Формирователь управляющего напряжения, схема которого показана на фиг. 13, состоит из элементов установки N триггеров - конденсатора С, резистора R, источника питания Е, N селекторов, N управляющих выходов селекторов являются соответствующими управляющими выходами формирователя управляющего напряжения, N синхронизирующих входов селекторов являются соответствующими N синхронизирующими входами формирователя управляющего напряжения, N коммутационных входов селекторов являются соответствующими N коммутационными входами формирователя управляющего напряжения, управляющие входы N селекторов являются соответствующими управляющими входами формирователя управляющего напряжения, первый вход конденсатора С и отрицательный полюс источника питания Е соединены с общей шиной, второй вход конденсатора С подключен к первому входу резистора R и к первым установочным входам селекторов, положительный полюс источника питания подключен ко второму входу резистора R и ко вторым установочным входам селекторов.

Селектор состоит из RS-триггера, выпрямителя, состоящего из диода D_N и конденсатора C_N, коммутационный вход i-го селектора подключен ко входу диода D_N, выход которого соединяется с разрешающим входом триггера (вход V) i-го разряда и первому входу конденсатора C_N, второй вход которого соединяется с общей шиной, синхронизирующий вход i-го селектора подключен к тактовому входу триггера (вход С) i-го разряда, первый установочный вход i-го селектора является установочным входом

триггера i-го разряда, второй установочный вход i-го селектора является установочным входом

триггера i-го разряда, управляющий вход i-го селектора является информационным входом триггера (вход D) i-го разряда, выход селектора является управляющим выходом формирователя управляющего напряжения.

Блок индикации (7.4) предназначен для индикации состояния элементов многоканального блока питания и может быть реализован различными способами, одним из которых является диодная матрица, схема которой выполнена на светодиодах и описана в [5, стр. 151].

Заявленное устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме при исправности всех усилительных элементов 2 и блока сигнализации 14 в любой момент времени по команде от внешнего устройства, поступающей в двоичном коде на m входов в режиме "запись" или на счетный вход Х_сч в режиме "суммирование (вычитание) - счет", подключается требуемое количество усилительных элементов 2 для обеспечения заданной мощности в передающей антенне. Так как "О" входная комбинация запрещена, то максимальное число (К) включенных усилительных элементов 2 будет
K_max=2^m-l, (1)
а минимальное их количество, находящееся в резерве (S),
S_min=N-K_max=N-2^m+1 (2)
Тогда 1≤K≤K_max (3), S_min≤S≤N-l (4).

При исправности всех усилительных элементов 2, блока сигнализации 14 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 на выходах последнего будут сигналы логической "1" и блок управления резервированным усилителем 6 случайным образом выберет комбинацию усилительных элементов 2, обеспечивающих требуемую мощность, причем вероятность включения i-го усилительного элемента 2 P_i=1/N. При изменении требований на управляющем входе блок управления резервированным усилителем 6 формирует новые комбинации K₁, K₁,..., К_n из усилительных элементов 2. Таким образом, все усилительные элементы будут расходовать одинаковый ресурс в процессе эксплуатации, что обеспечивает достижение максимальной наработки системы на отказ системы в целом.

При выходе из строя i-го усилительного элемента 2 блок сигнализации 14 и блок контроля состояния усилительных элементов 16 на i-м выходе сформирует сигнал логического "0", который переключит коммутаторы усилительных элементов с входа устройства суммирования мощности 4 на эквивалент нагрузки 12, i-й усилительный элемент, а блок управления резервированным усилителем 6 исключит последний из числа разрешенных для использования и сформирует новую комбинацию К включенных усилительных элементов 2 из (N-l)-го исправного. При этом неравенство (4) примет вид S_m-1≤S<N-2 (5), а на время перестройки блока управления резервированным усилителем 6 мощность на выходе резервированного усилителя будет соответствовать (К-1)-му включенному усилительному элементу 2.

При наличии кратных отказов усилительных элементов 2 скорость восстановления работоспособного состояния возрастает за счет сужения пространства разрешенных комбинаций усилительных элементов 2. Резервированный усилитель переходит в неработоспособное состояние при неисправности М усилительных элементов 2:
М=S_max+(К_mах-К) (6)
При выходе из строя блока сигнализации 14 на всех его выходах образуется сигнал логической "1", что снижает быстродействие блока управления резервированным усилителем 6 при наличии неисправных усилительных элементов 2 на время замены неисправной схемы по сигналу "Авария", но не ведет к потере работоспособности резервированного усилителя в целом.

После замены и принудительного включения коммутирующих элементов 8 блок сигнализации 14 проверяет исправность i-го усилительного элемента 2 на эквиваленте нагрузки и, если его работоспособность восстановлена, формирует на i-м выходе логическую "1", которая разрешает использование усилителя блоком управления резервированным усилителем 6 и подключает его с помощью коммутаторов усилительных элементов 3 к устройству суммирования мощности 4. Блок управления резервированным усилителем 6 обеспечивает защиту от перегрузок последующих каскадов.

Блок управления 14.1 (14.2), блок контроля 14.3, блок контроля состояния усилительных элементов 16 работают в соответствии с таблицей состояний работы блока усилительных элементов 2¹-2^N, коммутаторов усилительных элементов 3¹-3^N, датчиков контроля тока 9¹-9^N, элементов блока управления 14.1 (14.2), элементов блока контроля 14.3, элементов блока контроля состояния усилительных элементов 16.

При включении питания триггеры 16.1¹-16.1^N устанавливаются в одно из устойчивых состояний - "0" или "1". После кратковременного принудительного поочередного включения коммутирующих элементов 8¹-8^N при исправности усилительных элементов 2¹-2^N с выходов схемы ИЛИ 14.1.3 поступают сигналы "1", которые установят все триггеры 16.l¹-16.1^N в i-oe состояние. В дальнейшем блок управления работает в соответствии с таблицей. Если i-й усилительный элемент 2 неисправен, то на выходе элемента И 14.1.5 сигнал "0", который перебрасывает i-й триггер 16.1 в "0", который фиксируется в i-м такте распределителя импульсов 15 элементами И 16.2¹-16.2^N и инвертором И-НЕ 14.1.6, что удерживает триггер 16.1 в "0"-ом состоянии, пока на выходе элемента И 14.1.2 не появится сигнал "1". После замены или восстановления усилительного элемента 2 принудительным включением коммутирующего элемента 8 он проверяется на эквиваленте нагрузки 12. В случае, если усилительный элемент 2 исправен, то триггер установится в "1"-м состоянии, как при включении питания, а если усилительный элемент 2 неисправен, то он останется в "0"-м состоянии. При отказе одного из блоков управления 14.1 (14.2) на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14.3.1 блока сигнализации 14.3 будут зафиксированы сбои, то есть данная схема позволяет определить отказы блоков управления 14.1 (14.2):
B=10N/(6N+14) (7)
Из (7) следует, что при N≤4 целесообразно использовать предлагаемое техническое решение. Так, при N=10 выигрыши составят 1.35, то есть число элементов сократится на 35%, что повышает надежность работы в целом резервированного усилителя, так как отказ блока сигнализации 14 и блока контроля состояния усилительных элементов 16 воспринимается блоком управления резервированным усилителем 6 как отказ усилительного элемента 2. Дополнительно надежность устройства повышается за счет контроля работоспособности блока управления 14.1 (14.2), отказ которого не ведет к отказу резервированного усилителя. Кроме того, использование устройства суммирования мощности 4 позволяет снять жесткие требования на колебания амплитуд выходных сигналов усилительных элементов 2¹-2^N, уменьшает инерционность схемы суммирования и повышает его коэффициент полезного действия при отключении части усилительных элементов 2¹-2^N. При этом устройство позволяет автоматически определять неисправные усилительные элементы 2¹-2^N, кратные отказы которых не оказывают влияния на скорость восстановления работоспособности резервированного усилителя. Использование многоканального блока питания также позволяет повысить надежность устройства.

При включении источника рабочего напряжения U1 первичного источника питания напряжение поступает на обмотки 3 и через индуктивную связь - на питающие выходы блока. В случае возникновения короткого замыкания в первичной обмотке i-го трансформатора напряжение на соответствующей обмотке 3 уменьшается, а на остальных обмотках 3 возрастает, что приводит к увеличению тока через датчик тока 5, срабатыванию компаратора 6 и подаче питания на i-й селектор. Напряжение с обмоток 4 поступает на входы i-го селектора, где осуществляется поиск минимального напряжения. В результате срабатывает канал индикатора, соответствующий номеру неисправного блока, после чего осуществляется замена этого блока.

Литература
1. В.Л.Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - 2-е издание, исправленное. М.: Радио и связь, 1989, с. 352.

2. В. Н.Вениаминов, О.Н.Лебедев, А.И.Мирошниченко. Микросхемы и их применение: справочное пособие, 3-е издание, переработанное и дополнение. М.: Радио и связь, 1989, с. 240.

3. М.А.Розенблат. Магнитные элементы автоматизации и вычислительной техники. М.: Наука, 1974.

4. Справочник по интегральным микросхемам. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Энергия, 1980, с. 816. Под редакцией Б.В.Тарабрина.

5. В.Ю.Лавриненко. Справочник по полупроводниковым приборам. Киев.: Технiка, 1980, с. 464.

Claims (2)

1. Резервированный усилитель, содержащий источник входного сигнала, N усилительных элементов, где N≥4, N коммутирующих элементов, блок управления резервированным усилителем, N коммутаторов усилительных элементов, эквивалент нагрузки, датчик-нормализатор, блок суммирования мощности, передающую антенну, блок коммутаторов, блок сигнализации, блок контроля состояния усилительных элементов, распределитель импульсов, выход источника входного сигнала подключен ко входам усилительных элементов, управляющие входы N коммутирующих элементов подключены к соответствующим N управляющим выходам блока управления резервированным усилителем, сигнальный выход i-го, где i=1, 2..., N, усилительного элемента подключен к сигнальному входу i-го коммутатора усилительного элемента и i-му сигнальному входу блока коммутаторов, проверочные выходы коммутаторов усилительных элементов объединены и подключены к входу эквивалента нагрузки, а сигнальный выход i-го коммутатора усилительного элемента подключен к i-му входу блока суммирования мощности, выход которого подключен ко входам датчика-нормализатора и передающей антенны, выход датчика-нормализатора подключен к контрольному входу блока управления резервированным усилителем, входы считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" блока управления резервированным усилителем являются соответственно входами считывания, сложения, вычитания и "Записи-0, счета-1" резервированного усилителя, а m входов, где m≤log₂N, блока управления резервированным усилителем являются соответствующими m входами сигналов управления резервированного усилителя, выход i-го коммутирующего элемента подключен к коммутационному входу i-го усилительного элемента и i-му коммутационному входу блока коммутаторов, сигнальные, токовые и коммутационные выходы которого объединены и подключены к первому и второму сигнальному, токовому и коммутационному входам блока сигнализации, выход сигнала управления блока сигнализации подключен к N входам сигнала управления блока контроля состояния усилительных элементов, а аварийный выход блока сигнализации является выходом сигнала "Авария" резервированного усилителя, N выходов контрольного сигнала блока контроля состояния усилительных элементов объединены и подключены к контрольному входу блока сигнализации, i-й управляющий выход блока контроля состояния усилительных элементов подключен к управляющему входу i-го коммутатора усилительного элемента и к i-му контрольному входу блока управления резервированным усилителем, i-й выход распределителя импульсов подключен к i-му синхронизирующему входу блока контроля состояния усилительных элементов, i-му синхронизирующему входу блока коммутаторов, а вход распределителя импульсов подключен к синхронизирующему выходу блока управления резервированным усилителем, отличающийся тем, что дополнительно введен многоканальный блок питания, i-й питающий выход которого подключен к питающему входу i-го коммутирующего элемента, i-й управляющий выход многоканального блока питания подключен к i-му управляющему входу блока коммутаторов, i-й синхронизирующий вход многоканального блока питания подключен к i-му выходу распределителя импульсов.

2. Резервированный усилитель по п. 1, отличающийся тем, что многоканальный блок питания состоит из первичного источника питания, анализатора, формирователя управляющего напряжения, индикатора, N коммутационных выходов первичного источника питания соединены с соответствующими N коммутационными входами формирователя управляющего напряжения, первый и второй токовые выходы первичного источника питания соединены соответственно с первым и вторым токовыми входами анализатора, управляющий выход которого соединен с управляющим входом формирователя управляющего напряжения, N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения соединены с соответствующими N входами индикатора, N питающих выходов первичного источника питания являются соответствующими N питающими выходами многоканального блока питания, N управляющих выходов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N управляющими выходами многоканального блока питания, N синхронизирующих входов формирователя управляющего напряжения являются соответствующими N синхронизирующими входами многоканального блока питания.

Images