Релейный операционный усилитель

Релейный операционный усилитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОе3 Советских

Сециалнстняесанк

Республик

<„, 674040 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 21,03.77 (21) 2464710/18-24 (51) М. Кл

G.06 G 7/12 с присоединением заявки №Госудорстовннн1й комнтвт

СССР по двлом нэоорвтвннй и открмтнй (23) Приоритет

Опубликоваио18.07 79. Бюллетень ¹26 (53) УДК681.335 (088.8 ) Дата опубликования описания 18.07.79. (72) Автор. изобретения.Л. И. Цытович

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (73) Заявитель (64) РЕЛЕЙНЫ Й ОПЕРАЦИОННЫ Й УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к области уси» лительных устройств, работающих в релейном режиме, и может быть использовано в вычислительных машинах.

Известно устройство с широтно-импульс ным преобразованием сигналов, содержащее интегратор,, пороговый элемент, схе му регулирования частоты (1 f.

Однако это устройство имеет невысо

:кую точность работы.

Наиболее близким к данному изобрете нию является релейный операционный уси литель, содержащий последовательно сое» диненные первый сумматор, основной интегратор, второй сумматор, релейный эле 15 мент, третий сумматор, дополнительный, интегратор, четвертый сумматор, элемент с зоной нечувствительности, выход которо. го подключен к выходу устройства и второму входу третьего сумматора, выход релейного элемента присоединен ко второму входу первого сумматора, первый вход ко торого соединен со входом устройства (21

Зто устройство характеризуется сравни тельно малой точностью вследствие изме пения частоты, автоколебаний or величины входного сигнала

Целью изобретения является повыше ние точности работы.

Это достигается тем, что в предлага емый релейный операционный усилитель введены соединенные последовательно вы прямительный блок и перемножитель, выход которого подключен ко вторым входам второго и четвертого сумматоров, вход выпрямительного блока присоединен Ко входу устройства, другой вход перемножите ля соединен с выходом релейного элемен та.

«

Функциональная схема релейного опера ционного усилителя изображена на фиг. 1, где обозначены основной интегратор 1, релейный элемент 2, дополнительный интеко ратор 3, элемент с зоной нечувствитель ности 4, выпрямительный блок 5, перемножитель 6, первый, второй, третий и чет »»."»» ы,»»» -ъ»» с »»у»+ма»»»»ь»"- . i »ì»»»юе@ Фэщ4.- «-. »»»

674040

3 вертый сумматоры 7, 8, 9 и 10, входll устройства, выход 12 устройства.

Устройство работает следующим обра зом.

Основной интегратор 1 и релейный эле мент 2 образуют в совокупности звено, работающее в режиме автоколебаний. Пе», реключение релейного элемента 2 происходит при сигнале на его входе, равном порогам срабатывания. Выходной сигнал релейного элемента 2 представляет собой периодическое напряжение прямоугольной формы, положительные и отрицательные импульсы которого по амплитуде равны и постоянны.

При отсутствии вхопного сигнала на входе 1 1 устройства выходной сигнал ос» новного интегратора 1 изменяется в от рицательном направлении до равенства отрицательному порогу срабатывания ре лейного элемента 2. Переключение релей ного элемента 2 приводит к изменению знака импульса его вьц одного напряжейия и* выходное напряжение основнога интегра тора 1 линейно изменяется (нарастает) от отрицательного значения порога сраба тывания релейного элемента 2 до его no i ложительного значения порога срабатывания. При этом вновь происходит переключение релейного элемента 2, В дальней шем процесс периодически повторяется.

Вследствие равенства длительностей положительных и отрицательных импуль сов выходного напряжения релейного эле мента 2 среднее значение импульсов за период автоколебаний равно нулю.

Напряжение с выхода релейного эле мента 2 через дополнительный" интегратор 3 подается на вход элемента с зоной нечувствительности 4. Параметры дополнительного интегратора 3 и элемента с зоной нечувствительности 4 выбираются такими, что при нулевом сигнале на входе 11 выходное напряжение дополнитель ного интегратора 3 не превышает зоны нечувствительности элемента 4. При этом напряжение на выходе 12 устройства отсутствует.

На фиг. 2а изображены эшоры выходных напряжений основного интегратора 1

У и релейного элемента 21JsbIx ., 3 при сигнале на входе 11 положительной по лярности. На интервале Ф g скорость из менэния выходного нанряжения основного интегратора 1 определяется разностью амплитуд выходного напряжения релейно го элемента 2 и сигнала на входе 11, а на интервале tg скорость изменения за4 висит or суммы укаэанных сигналов. В результате за период автоколебаний сред» нее значение выходного. напряжения релейного элемента 2 устанавливается пропорциональным величине сигнала на входе 11.:.

При сигнале на входе 11, отличном от нуля, выходное напряжение дополнительно» го интегратора 3 перемешается вертикально относительно зоны нечувствительности элемента 4, как показано на фиг. 2б, При псщржительном сигнале на входе 11 выход- ное напряжение дополнительного интегратора (Уз на фиг. 26) нарастает до границы зоны нечувствительности С элемен 5 та с зоной нечувствительности 4.

В момент равенства этих напряжений на выходе элемента с зоной нечувствительности 4 формируется импульс напряжения положительной полярности, как пока о вано на фиг. 2в, который через цепь обратной связи подается на вход дополнительного интегратора 3.

Учитывая, что выходные напряжения релейного элемента 2 и элемента с зоной

25 нечувствительности 4 противоположны по знаку, амплитуда напряжения на выходе 12 устройства ограничивается на уровне вы» ходного напряжения релейного элемента

2, а выходное напряжение дополнительно го интегратора становится равным величине положительного значения зоны нечувс вйтельности элемента 4.

Синхронно с измерением знака выходно» го напряжения релейного элемента 2 про35 исходит уменьшение выходного напряжения дополнительного интегратора 3 и элемент с зоной нечувствительности 4 выключается, 40 ,Длительность импульса напряжения на выходе 12 устройства (фиг. 2в) равна чьх к и и 1 ива

Р, где;6 относительное значение порога срабатывания релейного эле

I мента 2;

Ти - постоянная времени основного интегратора 1> = gg <- относительная величина сигнала на входе 1 1 устройства;

ОЬи - амплитуда импульса на. выходе

12 устройства,, Кп - коэффициент передачи релейно го операционного усилителя.

За время t (фиг, 2а) выходное напря жение дополнительного интегратора 3 не успевает достигнуть отрицательного уров-, ня зоны нечувствительности элемента 4, 674040

5 в результате чего на выходе 12 релейно» го операционного усилителя формируются: однополярные импульсы напряжений;" сред нее значение которых за период автоколебаний

lIS Т вЂ” (2! о

П пропорционально величине сигнала на входе

11, Полярность выходного напряжения оп

1О ределяется знаком сигнала на входе 11.

При отрицательном значении сигнала на входе 11 принцип работы устройства аналогичен, но с той разницей, что выход

15 ное напряжение дополнительного интегратора 3 смешается "вертикально" относитель но отрицательного значения зоны нечувствительности и выходные импульсь эле мента с зоной нечувствительности 4, т.е.

20 на выходе 12, имеют отрицательную по лярность.

Интервал паузы между выходными импульсами релейного операционного усйлителя равен

98Тк

Перемножитель 6 представляет собой

: амплитудный модулятор, выходной сигнал зо которого представляет собой прямоуголь ные импульсы, по. амплитуде равные выходному напряжению вьпфямительного бло ка 5, полярность которых противоположна полярности импульсов выходного напряже з5 ния релейного элемента 2.

При нулевом сигнале на входе 11 уст ройства выходное напряжения перемнож гели 6 равно нулю.

Предположим, что сигнал на входе 11 4о соответствует уровни), изображенному на фиг. 3а. При этом на один вход перемно жители 6 подается сигнал, пропорциональ ный модулю сихнала на входе ll (фиг.36), а на другой вход поступают импульсы с вйхода релейного элемента 2, На выходе перемножителя 6 формируются импульсы, изображенные на.фиг. Зв, которые подаются на второй и четвертый сумматора 8 и 10. При наличии на,выходе релейного о элемента 2 импульса отрицательной полярности (фиг. Sr) на второй сумматор 8 подается импульс положительной полярноо тй (фиг. Зв). Это вызывает эквивалент кое изменение положительного порога пе» ss реключения релейного элемента 2 на величину лЦ (фиг. Зг). Длительность t g выходного напряжения релейного элемен

ra 2 (фиг. 2а) уменьшается до значения ! ф» (фиг. Зг). В интервале времени, со ответствуюшем *совпадению знаков сигнала на входе 11 и напряжения на выходе

12 на второй сумматор 8 поступает импульс отрицательной полярности, что также вызывает уменьшение отрицательного порога срабатывания релейного элемента

2 на величину АВ (фиг. Зг).B результате

"Ф интервал времени 4> (фиг. 2а) уменыйается ! до значения Ф (фиг. Зг). Частота следования импульсов на выходе 12 устройства линейно возрастает с увеличением сигна; ла на входе 11 и равна

1 + d. К »1 о 1»ВУ (4)

С ростом величины сигнала на входе

ll, например до значения - У (фиг. Зд) амплитуда сигнала на выходе перемножите ля 6 увеличивается (фиг. Çe), а пороги срабатывания релейного элемента 2 умень шаются на величину ай fhQ (фиг. Зж).

Выходной сигнал перемножителя 6 по» даетси и на четвертый сумматор 10.При этом одновременно с уменьшением поро» гов переключения релейного элемента 2 (фиг. 46 ) происходит пропорциональное изменение (уменыпение) зоны нечувствительности элемента 4 на величину

1. ЬС -= ЬВ" (фиг. 46, в)-.В интервале паузы между импульсами на выходе 12 выходное напряжение до полнительного интегратора 3 (фиг. 4в ) не услевает достигирь уровня - с-(-дг) включения элемента с зоной нечувствительности 4, что обеспечивает однополярность импуль сов на выходе 12 (фиг. 4г) °

При изменении знака сигнала на входе

: ll устройство работает аналогично.

В устройстве-прототипе частота выходных импульсов релейного усилителя изме няется (уменьшается) с ростом входного сигнала по пораболическому закону. Если входной сигнал релейного операционного усилителя изменяется (кроме постоянной составляюшей содержит также и переменную составляющую, например гармоничеокую), то полоса пропускания релейного операционного усилителя динамической составляюшей входного сигнала будет зави сить от величины постоянного уровня вход:ного сигнала„ т.е. с ростом величины входного сигнала динамические возможноо ти релейного onepaIIèoííoão усилителя ухудшаются

674040

В предложенном релейном операционном усилителе благодаря его конструктивным отличиям, обеспечивается линейный закон изменения частоты выходных импульсов релейного операционного усилите/ ля см, выражение 4), причем .частота выходных импульсов линейно увеличивает - . ся с ростом сигнала на входе 11. Следо» вательно,полосаравномерного пропускания частот устройства расширяется при lo увеличении постоянной составляющей входного сигнала, а точность отработки и динамической составляющей входного сигна

"ла возрастает.

Формула изобретения

Релейнйй операционный усилитель, со держащий последовательно соединенные первый сумматор, основной интегратор, второй сумматор, релейный элемент, тре тий сумматор, дополнительный интегратор, о четвертый сумматор, элемент с зоной нб чувствительности, выход которого под ключен к выходу устройства и второму входу третьего сумматора,.выход релгйно го элемента присоединен ко второму вхо» ду первого сумматора, первый вход которо го соединен со входом устройства, о тл и ч а ю шийся тем, "ro, с целью повышения точности работы, в него введенй соединенные последовательно выпрями тельный блок и перемножитель, выход ко торого подключен ко вторым входам второго и четвертого сумматоров, вход выпрямительного блока присоединен ко входу устройства, другой вход перемножителя соединен с выходом релейного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3581847, кл. 331-143, 1970.

2. Г. Кори, Т, Корн "Злектронные ана» логовые и аналого-цифровые вычислитель ные маШины", r. 2, изд. "Мир, 1967, с. 360-361, фиг. 7.15.