Импульсный усилитель
Патент 726660
Авторы
Импульсный усилитель
Иллюстрации
Реферат
ОП И А-""
ИЗОБРЕТЕ
li патен но ть. Ническая Ф
Союз Советскни
Социалистически к
Республик
i ii 72666 () К АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт. свил-в (22) Заявлено 17.01.77(21) 24
51)M. Кл. с присоединением заявки,%—
H 03 К 5/12
Н 03 F 3/68 (23) Приоригет—
Госуд(орстввииый комитет
СССР по делом изобретений и открытий
Опубликовано 05.04,80. Б
53) УДК 621.375. .018.756 (088.8) Дата опубликования описа (72) Авторы изобретения
В. Г. Абакумов, В. Ф. Лескин и В. И. Пискунов
Киевский ордена Ленина политехнический институт (7!) Заявитель . 50 летия Великой Октябрьскои социалистической революци (54) ИМПУЛЬСНИИ УСИЛИТЕЛЬ
Изобретение относится к автоматике и вычислительно и технике.
Известен импульсный усилитель, содержащий операционный усилитель, индуктивную нагрузку, соединенную через резистор с обшей шиной, и цепь отрицательной об5 ратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора Pl(.
Однако известный импульсный усилитель не обладает необходимым быстродействием и экономичностью.
Цель изобретения — повышение быстродействия и экономичности импульсного
15 усилителя.
Для этого в импульсном усилителе,содержащем операционный усилитель, индуктивную нагрузку, соединештую через резистор с обшей шиной, и цепь отрицатель-
Ю ной обратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора, введены повышаюший трансформатор, ключ, дополнительный транс-
2 форматор, конденсатор и два диода, причем диоды включены последовательно между шинами источника питания, начало первичной обмотки повышающего трансформаторя соединено с выходом операционного усилителя, а ее конец через конденсаторс 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 допол» нительного трансформатора включена между обшей шиной и местом соединения диодов, а ключ выполнен на двух соединенных параллельно транзисторах разного типа проводимости, базы которых через дс полнительный резистор соединены с обшей шиной, эмиттеры — с выходом операционного усилителя, а коллекторы через допол7266 нительные диоды, соответственно, с выводом дополнительного трансформатора.
Ня чертеже представлена принципиальная электрическая схема импульсного усилителя.
Импульсный усилитель содержит операционный усилитель (ОУ) 1, повышяюший трансформатор 2, конденсатор 3, индуктивную нагрузку 4, резистор 5, цепь отрицательной обратной связи — резистор 6, ре- 1р зистор 7, ключ 8, содержащий транзисторы
9 и 10, резистор 11, дополнительные диоды 12 и 13, дополнительный трансформатор 14, диоды 15 и 16, источник питания, 1S
Импульсный усилитель работает следуюшйм *образом.
Работа импульсного усилителя зависит от состояния ключа 8. Как видно из схе- . мы, состояния последнего определяются 20 наличием и полярностью напряжений на
- выходе ОУ 1 и вторичной обмотке повышающего трансформатора 2.
Ключ 8 закрыт, если полярность йацря- 5
/ жений на выходе ОУ 1 и вторичной обмотке повышающего трансформатора 2 такова, что эти напряжения по отношению к обшей 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 10 остается запертым. Резистор 11 ограничивает ток
35 базы транзистора 9 (10). 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, ес- 4О ли плюс на конце обмотки. Таким образом, в первом случае происходит суммирование указанных напряжеций и ключ 8 закрыт,... во втором - вычитание и ключ 8 открыт.
При другой полярности напряжения на вы- 4) ходе ОУ 1 аналогичным образом работают транзистор 10 и диод 13, В исходном состоянии сигнал 0 „ отсутствует, "отс;утствует TQK в ййдуктивйой нагрузке 4, обесточены все элементы ключа 8. При под. че на входной резистор
7 напряжения lJ „например прямоугольного импульса положительной полярности, на выходе ОУ 1 появляется напряжение
Ов,„ отрицательной полярности, которое прикладывается к первичной обмотке повышающего трансформатора 2. Возникшее во вторичной обмотке этого трансформато ра 2 напряжение О, суммируется с вы60
Д ходным ОУ 1 и прикладывается к индуктивной нагрузке U„, U (1+ o, ) 0 где n — коэффициент трансформации повышающего трансформатора 2. Согласно описанному выше алгоритму работы ключ
8 закрыт, Токи в индуктивной нагрузке
4 и в первичной обмотке повышающего трансформатора 2 быстро нарастают. Заряжается конденсатор 3, обеспечивающий развязку выхода ОУ 1 по постоянному то-. ку. Это происходит до тех пор, пока на инвертируюшем входе ОУ 1 не сравняются токи от входного сигнала и сигнала обратной связи. После этого напряжение на выходе ОУ 1 уменьшается и благодаря обратной связи поддерживается равным:
>.
Цвьiх=О -.)„(> ++@ ++g) где U — напряжение во вторичной обмот2 ке повышающего трансформатора
2 при открытом ключе 8;
DŽ— ток в индуктивной нагрузке 4 при равенстве на инвертируюшем входе ОУ 1 входного тока и тока обратной связи;
- активное сопротивление вторичной обмотки повышаюшего трансформатора 2;
1 — активное сопротивление индуктив
» ной нагрузки 4; б - 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 электродвижушая сила (ЭДС) самоиндукции с плюсом на начале обмотки. ЭЙС направлена встречно выходному напряжению ОУ 1 и стремиться уменьшить ток в индуктивной нагрузке 4. Ее величина может превысить динамический диапазон Ос ОУ 1. Однако с помощью ключа 8, который при таком сочетании напряжений открыт, вторичная обмотка повышающего трансформатора 2 (или ее часть) шунтируется. Тем самым
ЭЙС на всей вторичной обмотке снижается до допустимой величины U определяемой из условия:
>
2 с нтсхх "и х" e)
Напряжение U (или часть его) прикла/ дывается к первичной обмотке дополни72666
5 тельного трансформатора 14, коэффициент трансформации п2 которого выбран из условия:
E+E. (О i 5
2 где — напряжение источников питания импульсного усилителя;
- падение напряжения на открытом диоде 16 (15). <о
Во вторичной обмотке дополнительного трансформатора 14 появляется напряжение, превышающее Q диод 16 отпирается и происходит возврат источнику питания энергии, запасенной в виде магнит- 5 ного потока в сердечнике повышающего
1 трансформатора 2. Когда поток в последнем упадет до нуля, энергия, запасенная
l в трансформаторе 14, аналогичным образом, но уже через диод 15, возвратится источнику питания.
Таким образом происходит в импульсном усилителе отработка ступенчатого входного сигнала и возврат энергии источнику питания.
В дальнейшем входной сигнал может скачкообразнолибо увеличиться, либо уменьшиться. Изменение входного сигнала мо жет 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 магнитного потока. Однако по закону индукции напряжение в обмотках трансформатора зависит только от скорости изменения потока, поэтому состояние ключа 8 в -этот момент и, следовательно, работа импульсного усилителя не зависит от того, успела ли возвратиться в источник питания энергия, запасенная в трансформаторах
2и14.
В связи с этим, при дальнейшем скачкообразном увеличении входного сигнала импульсный усилитель работает аналогич45 но тому, как описано выше, Уменьшение входного сигнала может происходить с сохранением полярности или с изменением ее на противоположную. В любом случае благодаря запаздыванию
50 сигнала обратной связи по отношению к входному (вследствие индуктивного характера нагрузки 4) знак выходного напряжения ОУ 1 всегда меняется на противоположный, ключ 8 запирается и работа им55 пульсного усилителя при скачкообразном
6 уменьшении входного сигнала происходит аналогично рассмотренному выше, Если входной сигнал изменяется по синусоидальному закону, то ключ 8 все время закрыт {также из-за запаздывания сигнала обратной связи). В этом случае импульсный усилитель работает как обычный усилитель с трансформаторным выходом. формула и з о б р е т е н и я
1. Импульсный усилитель, содержащий операционный усилитель, индуктивную нагрузку, соединенную через резистор с общей шиной, и цепь отрицательной обратной связи, вход которой подключен к месту соединения индуктивной нагрузки и резистора, отличающийся тем, что, с церк повышения быстродействия и экономичности, в него введены повышающий трансформатор, ключ, дополнительный трансформатор, конденсатор и два диода, причем диоды включены последовательно между шинами источника питания, начало первичной обмотки повышающего трансформатора соединено с выходом операционного усилителя, а ее конец через конденсатор — с общей 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 обшей шиной и местом соединения диодов.
2. Усилитель по п. 1, о т л и ч a— ю ш и и 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, соот1 ветственно — с выходом дополнительного трансформатора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США М 3 747 006, кл. Н 03 Р 3/68, опублик. 1973 (прототип) .!
726660
Составитель О. Кабарихо
Редактор Л. Курасова Техред Н, Бабурка Корректор M Шарон и
Заказ 672/41 Тираж 995 Подписное
IlHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4