SU674040A1 - Релейный операционный усилитель - Google Patents

Description

. . I... . Иаобрегение относитс  к области усилительных устройств, работающих в релейном режиме, и может быть использовано в вычислительных машинах. Известно устройство с широтно имлуль нь1М преобразованием сигналов, содержащее интегр1атЬр,| пороговый элемент, схему регулировани  частоты Ij, Однако это устройство имеет невысокую точность работы. Наиболее близким к данному изобрете нию  вл етс  релейный операцйонЫй усилитель , содержащий последовательно соединенные первый сумматор, основной инспегратор , сумматор, релейный элемент , третий сумматор, дополнительный , интегратор, четвертый сумматор, элемент с зоной нечувствительности, выход крторо го подключен к выходу устройства и второму входу третьего сумматора,, выход релейного элемента присоединен ко второму входу первого сумматора, первый вход которого соединен со входом устройства f 21 Это устройство характеризуетс  сравни тельно малой точностью вследствие изме- шени  частоты, ав«роколебаний от величины входного сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение точности работы. Это достигаетс  тем, что в предлага- :емь1й релейный операционный усилитель введены соединенные последовательно выпр мительный блок и перемножитель, выход которого подключен ко вторым входам второго и 4eifBepToj4 сумматоров, вход выпр мительного блока присоединен ко входу устройства, другой вход перемножител  соединен с выходом релейного элемента . Функциональна  схема релейного операционного усилител  изображена на фиг. 1, где обозначены ооаовной интегратор 1, релейный элемент 2, дополнительный интег ратор 3, элемент с зоной нечувствительности 4, выпр мительный блок 5, перемножитедь 6, первый, второй, третий и чет- ,

верть1й cyMMarofbi 7, 8, 9 и 10, вход 11 . усгройсгва, выход 12 устройства.

Устройство работает следующим образом .

Основной интегратор 1 и релейный элемент 2 образуют в совокупности звено, работающее в режиме автоколебаний. Пе- реключение релейного элемента 2 происходит при сигнале на его входе, ршвном порогам срабатывани . Выходной сигнал релейного элемента 2 представл ет собой периодическое напр жение пр моугольной формы, положительные и отрицательные . импульсы которого по амплитуде равны и посто ннзы.

При отсутствии входного сигнала на входе 11 устройства выходной сигнал основного интегратора 1 измен етс  в отрицательном направлении до равенства отрицательному порогу срабатывани  релейного элемента 2, Переключение релей-; ного элемента 2 приводит к йзменеиию . знака импульса его выходного напр жени 

и выходное напр жение ОсновнЪго интегра-

тора 1 линейно измен етс  (нарастает) от отрицательного значени  порога сраба-, 1ывани  релейного элемента 2 до вго по I ложительного значени  порога срабатывани  . При этом вновь прби сходит перёклзочение релейного элемента 2. В дальнейшем процесс перйОДичесжи побто р егсй.

Вследствие равенства длительностей -положительных и отрицательных импульсов выходного напр жени  релейного элемента 2 среднее значение импульсов за период автоколебаний равно нулю.

Напр жение с выхода релейного эле- . Мента 2 через дополнительный йнтегратор 3 подаетс  на вход элемента с зоной нечувствительности 4. Параметры дополнительного интегратора 3 и элемента с зоной нечувствительности 4 выёиршотс 

такими, что при нулевом сигнале ни вхо де 11 выходное напр жение дополнительного интегратора 3 не превышает зоны нечувствительности элемента 4. ПриЭтом напр жение на выходе 12 устройства отсутствует .

На фиг. 2а изображены эшоры выходных напр жений основного интегратора 1 Vf4 и релейного элемента 2U№lx.,dnpH сигнале на входе 11 положительной пол рности . На интервале ii скорость изйёнеаа  выходного напр жени  основного интегратора 1 определ етс  разностью амплитуд выходного напр жени  релейного элемента 2 и сигнала на входе 11, а на интервале tg скорость изменени  за-

висит от суммы указанных сигналов. В результате за период автоколебаний среднее значение выходного. напр жени  релейного элемента 2 устанавливаетс  пропорциональным; величине сигнала на входе 1.1...,

При сигнале на входе 11, отличном от нул , выходное напр жение дополнительного интегратора 3 перемещаетс  вертикально относительно зоны нечувствительности элемента 4, как показано на фкг. 26. При, положительном, сигнале на входе 11 выходное напр жение дополнительного интегратораЗ на фиг. 26) нарастает до границы зоны нечувствительности С элемента с. зоной нечувствительности 4.

В момент равенства этих напр жений на выходе элемента с зоной нечувствидельности 4 формируетс  импульс напр жени  положительной пол рности, как показано на фиг. 2в, который через цепь обратной св зи подаетс  на вход дополнитель .ного интегратора 3.

Учитыва , что выходные напр жени  релейного элемента 2 и элемента с зоной, нечувствительности 4 противоположны по знаку, амплитуда напр жени  на выходе 12 устройства ограничиваетс  на уровне выходного/ напр жени  релейного элемента . 2, а выходное напр жение дополнительного интегратора становитс  равным величине положительного значени  зоны нечувст Вйгельности элемента 4.

Синхронно с измерением знака выходного напр жени  релейного элемента 2 про- . ИСХОДИТ уменьшение выходного напр жени  дополнительного интегратора 3 и элемент с 1аОной нечувствительности 4 выключаетс .. , .

Длительность импульса напр жени  на

выходе 12 устройства (фйг. 2в) равна /ВТ.К

и п

(1)

инп

6

где

-относительное значение порога срабатывани  релейного элемента 2j

Та

-посто нна  времекк основного интегратора 1; .

Шмх- относительна  величина сигнала на входе 11 ус.тройсгва; U6WX - амплитуда импульса на выходе

12 устройства;

Кп - коэффициент передачи релейного операционного усйлйтел . За врем  ta (фйг 2а) выходное напр г женйе дополнительного интегратора 3 не усзловает достигнуть отрицательного уров-, н  зоны нечувствительности элемента 4, в реауйьгате чето на вызсоде 12 релейно го операционного усилител  формируютс  однопол рные импульсы напр жений, среднее значение которых за период автоколебаний пропорционально величине сигнала на вход 11. Пол рнос гь выходного напр жени  епредел етс  знаком сигнала на входе 11. При отрицательном значении сигнала на входе 11 принцип-рабоны устройства аналогичев, но с той разницей, что вь1ходное напр жение дополнительного ийТбГратО ра 3 смешаетс  вертикально относительно отрицательного значени  зоны нечувствительносгв и выходные импульсы элемента с зоной нечувствительности 4, т.е. на выходе 12, имеют отрицательную пол рность . Интервал паузы между выходными импульсами ре лейного операционного усилител  равен « a l+dCKn Перемножитель 6 представл ет собой амплитудный модул тор, выходной сигнал которого представл ет собой пр моуголь ные импульсы, по. амплитуде равные выходному напр жению выгф мительного блока 5, пол рность которых противоположна пол рности импульсов ВЫХОДНО1Х) напр же- ни  релейного элемента 2. При нулевом сигнале на входе 11 устройства выходное напр жени  перемножитёл  6 равно нулю. Предположим, что сигнал на входе 11 . соответствует уровню, изображенному на фиг. За. При атом на один вход перемно- жител  6 подаетс  сигнал, пропорциональный Модулю Сигнала на входе 11 (фиг. Зб а на другой вход поступают импульсы с выхода релёйшэго элемента 2. На выходе перемножител  б формируютс  импульсы, изображенные на.фиг. Зв, которые подаютс  на второй и чётвер1Ъ й сумматоры 8 и 10. При наличии, на Iвыходе релейного элемента 2 импульса отрицательной пол р ности (фиг. Зг) на второй сумматор 8 по даетс  импулье положительной пол рности (фиг. Зв). Это ыдаывает эквивалентное изменение положительного порога переключени  релейного элемента 2 на Ьелйчйну Ag (фиг. Зг), Длительность t ВЫХОДНО1Ч) напр жени  релейного элемен-

674040 та 2 (фиг. 2а) уменьшаетс  до значени  i.i (фиг. Зг). В интервале времени, со- . отвёгствующемсовйадёнию знаков сигнала на входе 11 и напр жени  на выходе 12, на второй сумматор 8 поступает импульс отрицательной пол рности, что также вызывает уменьшение отрицательного порога срабатывани  релейного элемента 2 на величину А В (фиг. Зг).В результате интервал времени i (фиг. 2а)уменыйаетс  до значени  t (фиг. Зг). Частота следовйни  импульсов на выходе 12 устройства линейно возрастает с увеличением сигнала на входе 11 и равна С ростом величины сигнала ни входе 11, например до значени  -Щч (фиг. Зд) амплитуда сигнала на выходе перемножител  6 увеличиваетс  (фиг. Зе), а пороги срабатывани  релейного элемента 2 уменьшаютс  на величину fu а UB| (фиг. Зж). Вььходной ситаал перемножитёл  6 подаетс  и на четвертый сумматор Ю.При этом одновременно с уменьшением порогов переключени  релейного элемента 2. (фиг. 46} происходит пропорциональное изменение (уменыпение) зоны нечувствительности элемента 4 на величину (фвг. 46; в-)гВ интервале паузы между импуль- сам и на выходе 12 выходное напр жение до- , полнительного интегратора 3 (фиг. 4в) не уопевает досташуть уровн  - с-(-дС) включени  элемента с зоной нечувствительности 4, что обеспечивает однопол рность импульсов на выходе 12 (фиг. 4г). При изменении знака сигнала на входе . 11 устройство работает аналогично, В устройстве-прототипе частота выходных импульсов релейнозго усилител  измен етс  (y eньшaeтc ) с ростом входного сигнала по нораболическому закону. Если входной сигнал релейного операционного усилител  измен етс  (кроме посто нной составл ющей содержит также и перемен- ную составл ющую, например гармоническую ), то полоса пропускани  релейного операционного усилител  динамической составл ющей входного сигнала будет завн . сить от величины посто нного уровн  входного сигнала,, т,е. с ростом величины входного сигнала динамические возможности релейного операционного усилител  ухудшаютс .

В предложенном . релейном операдионном усилителе благодар  его конструктив-. ным отличи м, обеспечиваетс  линейный закон изменени  частоты выходных им

ггульобв релейного операционноххэ усилител  (см. выражение 4), причем частота выходных импульсов линейно увелинйвает« с  с ростом сигнала на входе 11. Следов вательно, полоса равномерного пропускаи  частот устройства расшир етс  при увеличении посто нной составл ющей входноге сигнала, а точность отработки и динамической составл ющей входного сигма ла возрастает. Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и  

Релейный операционный усилитель, coi дер1жащий последовательно соединённые первый сумматор, основной интегратор, второй сумматор релейный элемент, третий cyMMaiTop, дополнительный. интегратор,

четвертый сумматор, элемент с зоной чувствительности, выход KOTopoJTO под кгаочен к выходу усгройствй и второму

входу третьего сумматора, выход релайно го элемента присоединен ко второму входу первого сумматора, первый вход которо гр соединен со входом устройства, отличающийс  тем, что, ci целью повышени  точности работы, в него введейь1 соединенные последовательно выпр мительный блок и перемножитель1 выход ко- торого подключен ко вторым входам второго и четвертого) сумматоров, вход выпр мительного блока присоединен ко входу устройства, другой вход перешюжигел  соединен с выходом релейного элемента. . .

J Источники информации, прин ные во внимание 1ФИ экспертизе

1. Патент США № 3551847. .к , 331-143, 1970.

; 2. Т.. Корн, Т. Корн Электронные аналогюБые и аналого-цифровые вычислительШе машинь, т. 2, изД. Мир, 1967, с. 36О-361, фиг. 7.15.