Функциональный преобразователь

Сфез Сфаетскиа Соцнаектнчеснмв Рве ттубаикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 011076 (21) 2409145/18-24 (51)М. НЛ. с присоединением заявки Но(23) Приоритет 6 06 С 7/26 Государственный комитет СССР по дерам изобретений н открытий(72) Автор изобретения Т.А. Пунгас 71) Заявител 4) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ реобразорационном ром и не- и ,1). азовате 3 Изобретение относится к аналого- вой вычислительной технике и может быть примененд при проектировании преобразователей для получения нелинейных соотношений между входными и выходными сигналами.Известны функциональные и ватели, реализованные на опеусилителе с выходным резисто линейной цепью обратной связЭти функциональные преобрли характеризуются недостаточным быстродействием и ограниченной областью применения.Наиболее близким к изобретению является преобразователь, содержащий операционный усилитель, вход которого через входной масштабный резистор соединен с входом устройства и через нелинейный элемент - с выходом операционного усилителя, последовательно соединенные масштабные резисторы обратной связи, включенные между выходом и входом операционного усилителя, и сглаживающий конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала 2.Однако малое быстродействие этого преобразователя вызвано длительным переходным процессом усилителя иэ-за инертных звеньев линейной цепи обратной связи постоянного тока усилителя. Полное исключение указанной цепи обыкновенно невозможно, во-первых, потому, что нелинейная цепь может не обеспечить требуемую обратную связь по постоянному току, необходимую для стабилизации режима самого усилителя, во-вторых, во многих случаях функциональные преобразователи предназначены для работы преимущественно на переменных токах выше, например, нескольких десятков герц, и в таком случае желательно заградить нелинейную цепь обратной связи от дрейфа усилителя вообще конденсатором.Уменьшение постоянной времени укаэанной цепи недопустимо из-за потери коэффициента усиления на нижних частотах. Для надлежащей работы функ. ционального преобразователя необходимо, с одной стороны, чтобы усилитель имел высокий коэффициент усиления во всей рабочей полосе частот, а с другой стороны, преобразователь должен быстро среагировать на изменения преобразуемых сигналов, особенно, кбгда они используются в сис темах автоматического контроля, 8029 б 130 35 40 60 Формула изобретения 65 Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования.Достигается это тем, что в устройство введен дополнительный операционный усилитель, между входом и выходом которого включены дополнительные последовательно соединенные масштабные резисторы обратной связи, общий вывод которых подключен к другой обкладке сглаживающего конденсатора, и дополнительные сглаживающие конден О саторы, включенные соответственно между входом и выходом дополнительного операционного усилителя и общим выводом масштабных резисторов обратной связи основного операционного уси лителя.15Блок-схема преобразователя приведена на чертеже.Входная клемма 1 присоединена через входной масштабный резистор 2 к инвертирующему входу операционного 20 усилителя 3, выход которого присоединен через нелинейный элемент 4 и через последовательно включенные масштабные резисторы обратной связи 5 и б к инвертирующему входу операцион- б 5 ного усилителя 3. Общая точка масштабных резисторов обратной связи 5 и б присоединена через сглаживающий конденсатор б к инвертирующему входу и через сглаживающий конденсатор 8 - к выходу дополнительного операционного усилителя 9, выход которого присоединен к его же инвертирующему входу через последовательно включенные масштабные резисторы обратной связи 10 и 11, причем их общая точка присоединена через сглаживающий конденсатор 12 к шине 13 первого потенциала,Работает преобразователь сдедующим образом. Поступающее на клеммы 1 и 13 преобразуемое напряжение прилагается к входному масштабному резистору 2 и создает в нем ток, равныйотношению приложенного напряжения ксопротивлению входного масштабного 45резистора 2, Созданный в резисторе 2ток течет через нелинейный элемент 4на выход операционного усилителя 3.Ток сигнала не ответвляется в резистор б на входе усилителя 3, потому 5 Очто из-за отрицательной обратной связи на инвертирующем входе усилителя3 имеется напряжение близкое к нулю,напряжение близкое к нулю имеетсятакже в обшем выводе резисторов 5и б из-за влияния усилителя 9, охваченного цепью отрицательной обрат-. ной связи. Усилитель 9 в предложенномвключении приводит к появлению трехполюсов в системе преобразователя,и если указанные полюсы выбраны надлежащим образом, то в рабочей полосе частот преобразователя коэффициент усиления не уменьшается, Следовательно не уменьшается также точность преобразования, так как не уменьшается глубина обратной связи, Однако иэ-за действия трех полюсов коэффициент усиления на частотах ниже рабочей полосы частот подает со скоростью б 0 дБ в декаду, По теореме квантования время установления системы, связанное с граничной частотой, обратно пропорционально и по. вышение граничной частоты приводит к уменьшению времени установления, т.е, к повышению быстродействия.Достижение цели предполагаемого устройства объясняется тем, что благодаря наличию трех полюсов вместо одного, граничная частота при той же нижней рабочей частоте будет существенно выше. Например, при требуемой глубине обратной связи 1000 в нелинейной цепи повышение граничной частоты составляет примерно -100, так как в 100 раз быстрее будет убывать коэффициент усиления усилите- ля 3. Соответственно будет уменьшаться и время установления усилителя 3 и будет повышаться быстродействие преобразователя. Заметим, что при выборе достаточно большого сопротивления резистора 5, дополнительным операционным усилителем б почти не изменяют режим работы преобразователя на высших частотах. Наличие усилителя 9 совместно с дополнительными резисторами 10, 11 и конденсаторами 7, 8.и 12 также не приводит к потере устойчивости системы, если она сама была устойчивой. Использование дополнительного усилителя совместно с двумя резисторами и конденсаторами полезно еше тем, что для обеспечения требуемого уменьшения усиления на нижних частотах, вместо громоздких дорогих конденсаторов большой емкости может быть использован интегральный усилитель, режим работы которого также стабилизирован на постоянном токе стопроцентной автономной обратной связи. Так как в предложенном включении уменьшаются также емкости требуемых конденсаторов,вся часть дополнительного усилителя может быть реализована в миниатюрном исполнении. Повышение быстродействия функционального преобразователя при отсутствии надобности в прямой связи позволяет выполнить функциональное преобразование беэ влияния дрейфа усилителя и тем самым повысить точность при обработке малых сигналов, а также чувствительность преобразователя.Функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, вход которого через входной масштабный резистор соединен с входом устСоставиТехред тор В Е, Гон ицкая каз 10625/6 аж 756Государственного елам изобретенийосква, Ж, Рау Подписноемнтета ССоткрытийая наб.,ИИП 4/5 13035 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,ройства и через нелинейный элемент -с выходом операционного усилителя,последовательно соединенные масштабные резисторы обратной связи, включенные между выходом и входом операционного усилителя и сглаживающийконденсатор, одна обкладка которогосоединена с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем,что, с целью повышения быстродействия, в устройство введен дополнительный операционный усилитель, междувходом и выходом котороговключеныдополнительные последовательно соединенные масштабные резисторы обратной связи, общий вывод которых подключен к другой обкладке сглаживающего конденсатора, и дополнительныесглаживающие конденсаторы, включенные соответственно между входом ивыходом дополнительного операционногоусилителя и общим выводом масштабныхрезисторов обратной связи основногооперационного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 513363, кл. С 06 6 7/26, 1973.2. Патент США Р 3566145,кл. 307-235, опублик. 1971 (прототип).