Инвертор с управляемым ограничением выходного сигнала

Инвертор с управляемым ограничением выходного сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

746580

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к а вт. с вид-ву— (22) Заявлено 18.04.78. (21) 2606609/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 07.07.80. Бюллетень № 25 (Я)м. Кд.

G 06 G 7/25

Государственный комитет

СССР по делам нэобретеиий и открытий (53) УД f(681. .335(088,8) Дата опубликования, описания 08.07.80 (72) Автор: изобретения

Р. Н. Чернышев

Ордена Ленина институт проблем управления (7l ) Заявитель (54) ИНВЕРТОР С УПРАВЛЯЕМЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ

ВЫХОДНОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике.

Известны итверторы с управляемым ограничением выходного сигнала, в состав которых входят основной операпион5 ный усилитель и два вспомогательных усилителя для реализации ограничения (один в положительной поЛуплоскости выходного диапазона, второй-в отрицательной).

В структуре первого типа выход вспомогательного неинвертирующего усилителя связан с суммирующей точкой основного операционного усилителя (ОУ). На вход вспомогательного усилителя подает ся разность выходного напряжения основ-, ного усилителя и напряжения ограничения.

При превышении величины выходного сщ нала уровня ограничения вспомогательный усилитель обеспечивает дополнительный ток к суммирующей точке основного

ОУ такой величины, чтобы скомпенсировать изменение входного тока через вход- . ной резистор, которое обусловлено изменением напряжения входного сигнала.

Вспомогательный усилитель стремится обеспечить постоянную величину разнос ти входного тока и тока компенсации, вследствие чего ток s цепи обратной связи остается неизменным, и неизменным остается выходное напряжение 111.

B структуре второго типа, также состоящей из основного усилителя, двух вспомогательных инвертирующих ОУ и, кроме того модуля для выделения минимум& l сигнала, поступающего с BHKGgoB осноиного и вспомогательного ОУ, при превышении величины выходного напряжения величины уровня ограничения основной

OF с помощью модуля выделения минимума отключается от gens обратной связи, а один из всцома ательных усили-. телей (в зависимости от знака уровня ограничения) переводится в режим инвертора, на вход которого подключено напряжение ограничения, а выход инвертора соединен с выходом устройства 2).

Недостатком известных структур является значительная динамическая ошибй ъ

746580 4 ка, Ъбзникаюшая при переходе схемы из ..дифференциального компаратора подклюлинейного режима (режим инвертора) в чены соответственно к источникам входI режим ограничения, а также принципиален- ного сигнала и сигнала ограничения, а . ЙЖ йевбзможность осуществить непрерыв- выход соединен со входом формирователя ную установку уровня ограничения в по- 5 сигналов управления, Кроме того, инверложительной и отрицательной полуплос- тор содержит два дополнительных ключа, костях выходного дйайазона. управляюшие входы которых подключены

Наиболее близким техническим peiue- к соответствующим выходам формирова - "нйем к йредлагаемому является инвер- теля сигналов управления, причем общий

/ roð с управляемым ограничением выход- 10 вывод масштабных. резисторов через доного си1.нала, содержаший операционный полнительный замыкаюший кйоч соедиусйлитель, выход которого является вы нен с шиной нулевого потенциала, подходом инвертора и соединен через два ключенной через дополнительный размы " * последовате11ЬНо вкЛЮчЕННыХ масштабных каюший кщ)Ч к среднему выводу делителя

15 резистора с источником входного сигнала 1 на резисторах и. через делитель на резисторах — с ис- На чертеже изображена структурная точником сигнала ограничения 13) схема предлагаемого инвертора с управНедостатком этого инвертора с упр в" ляемым ограничением выходного сигнала. ляемым ограничением выходного сигнала уст ойстьо состоит из операционного является сравнительно большая динами- усилителя (Оу) 1, масштабных резио20 ческая ошибка при переходе иэ линейноГc торов 2, 3, размыкаюшего кщоча 4, корежима в режим orраничения, невозмож- торый соединяет обший вывод масштабность непрерывной регУлировки уров я ных резисторов с суммирующим входом ограничения в обеих: пблуплоскостях выхрд 5 ОУ. В точку 6 подкщочен источник

25 його диапазона. входного сигнала, а в точку 7 — источПри переходе из линейного режима в ник сигнала ограничения. Между точкой режим ограничения требуется некоторое 7 и выходом 8 устройства включен деливремя для изменения напряжения на вы- тель на резисторах 9 и 10. Общая точ ходе вспомогательного усилителя с уров ка этйх резисторов через замыкаюший .

30 ня ограничейия вспомогательного ограни- ключ 11 связана с суммирующим входом числя до уровня напряжения на выходе 5 ОУ. К точкам 6 и 7 подключены жоры осцовного усилителя. Только по прошесч дифференциального компаратора 12, вывии. этого времени начинается переключ ход которого соединен с формирователем ние arranoroaoi. йереключателя,до этого 13 сигналов управления. Формирователь / 35 продолжается рост напряжения на выходе 13 имеет парафазный выход. К первому устройства. Это приводит к появлению выходу подключен управляюший вход клю 9йтряжения перерегулирования на выходе чЫ 4, ко второму — управляюший вход ограничителя. Величина этого напряже- кщоча 11. ния Растет с ростом скорости изменения Инвертор работает следующим обра40 входного сигнала. Наличие этого напрязом. жения и приводит к появлению дополни- Когда величина входного сигнала по тельной динамической погрешности.. абсолютной величине меньше, чем напряБель изобретения" — йовь1шейие точ-- жение ограничения, ключ 4 замкнут, а

poems за счет уменьшения динамической 4 ключ 11 разомкнут. Тогда у тройство ошибки в режиме ограничения. представляет инвертор (в случае, если

Поставлейная .цель достигается тем, сопротивления резисторов 2 и 3 равны). что инвертор.с Управляемым ограннче- Прн; превышении величиной входного сигнием выходного сигнала содержит диф- нала уровня ограничения компаратор 12 ференциальный ком паратор, формирова- перекщочается > в результате чего ключ тель сигналов управления и два ключа, 4 размыкается, а ключ 11 смыкается., управляюши в вляю ие входы которых подключены Поэтому масштабные резисторы отключак соответствующим выходам формировате- ются от суммируюшего входа 5 ОУ. Уст ля сигналов управления, размйкаюший ройство" переходит в режим ограничения, ключ вкщоче вкщочен между общим" выводом мас- где операционный усилитель 1 включен

55 штабных резисторов и суммируюшим вхо- в режиМ инвбртора со входным сигналом, дом операционного усилителя, соединен- равным напряжению ограничения. ным через замыкаюшйй ключ со средним При уменьшении абсолютной(величи Ъ " " делителя на резистобй с; входы,ны входного сигнала, когда она сравня в водом ели

5 7465 ,ется с величиной сигнала ограничения (с точностью до величины петли гистерезиса компаратора) компаратор переключается, изменяются сигналы управления на выходах формирователя, в резуль тате клк>ч 4 замыкается, а ключ ll размыкается. Устройство переходит в режим инвертора, Чтобы исключить натекание тока через разомкнутый ключ 11 (в линейном режиме) или через разомкнутый ключ 4 (в режиме ограничения) и тем самым исключить дополнительные источники ошибок в линейном режиме и режиме ограничения, в устройство введено два допот 15 нительных ключа: замыкающий 14 и размыкающий 15. Ключ 15 соединяет средний вывод резисторов 9 и 10 с шиной нулевого потенциала. Ключ 15 управляется синхронно с ключом 4 от первого 20 выхода формирователя сигнала управле-ния. Ключ 14 соединяет общий вывод резисторов 2 и 3 с шиной нулевого потенциала.

Необходимым условием для работы ин25 . вертора с управляемым ограничением выходного сигнала является равенство коэффициентов передачи по входу инвертора и по входу напряжения ограничения. При срабатывании компаратора, когда вели30 чина входного сигнала превышает уровень напряжения ограничения, происходит переключение ключей и схема переходит в режим ограничения. Так как при этом входной сигнал отключен от суммирую- N щей точки ОУ, то рассматриваемая схема обеспечивает .практически идеальное ограничение. Поскольку при переходе иэлинейного режима в режим ограничения напряжения на выходе ОУ с точностью

40 до разброса и коэффициентах передачи по инвертирующему входу и входу ограничения не изменяется, .в предлагаемой структуре отсутствует источник динамической ошибки, который имеет место у

45 известного устройства. Динамическая ошибка, возникающая при переключении ключей, значительно меньше, чем динамическая ошибка ранее известных струк50 тур.

80 6 ничители что сокращает общее число элементов.

В результате введения дополнительных ключей величина напряжения на разомкнутом ключе 4 или 11 снижается до величины падения напряжения на замкнутом ключе 14 или 15 тем самым значительно снижается ошибка, вызванная неидеальностью ключей.

Предлагаемая структура обладает многофункциональностью. При фиксированном составе оборудования, только изменяя коммутацию входных соединений устройства, оказывается возможным реализовать такие функциональные свойства, как идеальный диод, электронный коммутатор, управляемый умножитель на постоянный коэффициент.

Режим идеального диода можно рассматривать как частный случай or pàíê÷èтеля с нулевым уровнем ограничения, т.е. точка 7 заземлена. Такая схема при прочих равных условиях обладает более высокой динамической точностью, так как в ней отсутствует ошибка,обусловленная конечной скоростью изменения выходного напряжения ОУ, которая имеет место в классической схеме идеального диода известного устройства.

В режиме электронного коммутатора один вход компаратора соединен с шиной нулевого потенциала, а на второй подаеч ся сигнал управления. На вход 6 подаеч» ся напряжение первого канала, на вход 7второго.

Переключение каналов происходит при изменении полярности сигнала на входе компаратора.

В режиме управляемого умножителя на постоянный коэффициент точки 6 и 7 объединяются. Один из входов компаратора заземляется, на второй подается сигнал управления. В атом случае величина постоянного коэффициента умножителя определяется величиной относительного и менения коэффициентов передачи по входам .6 и 7.

Формула изобретения

Так как срабатывание компаратора и следовательно, переключение ключей определяется только разностью напряжений

55 входного сигнала и сигнала ограничения, ограничение обеспечивается в обеих полуплоскостях выходного диапазона. В устрой:стве отсутствуют вспомогательйые огра!

Инвертор с управляемым ограничением выходного сигнала, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом инвертора и соединен через два последовательно включенных масштабных резистора с источником входного сигнала и через делитель на резисторах — с источником сигнала ограничения, о т л и580 8 выходам формирователя сигналов управления, причем общий вывод масштабных резисторов через дополнительный эамыкаюший ключ соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через дополнительный размыкающий ключ к среднему выво ду делителя на резисторах.

7 746 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения динамической ошибки в режиме ограничения, он содержит дифферейциальный компаратор, формирователь сигналов управления и два ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов управления, размыкающий ключ включен между общий выводом масштабных резисторов и суммирующим входом операционного усилителя, соединенным через замыкающий ключ со средним выводом делителя на резисторах, входы дифференциального ком.паратора подключеньи соответственно к источникам входного сигнала и сигнала ограничения, а выход соединен со входом формирователя сигналов управления, 2. Инвертор по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что он содержит два до- о полнительных ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим

Источники информации, принятые во вниманце при акспертизе

1. Проектирование и применение ОУ, Под ред, Дж. Грама, Дж. Гоби, Л. Хьюльсмана, «Мир», 1974, с, 265.

2. Чернышев P. Н, Исследование схемы типа Идеальный диод, Изв. ВУЗ, Электромеханика, № 110, 1975, с. 1042-1047.

3. Полонников Д, Е. Чернышев P. H.

Прецизионный ограничитель с применением операционных усилителей. "Автоматика и телемеханика" ¹ 5 1977, с, 172-180 (прототип).

ЦНИИПИ Заказ 4106119

Тираж 751 Подписное

Фатиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4