Развертывающий операционный усилитель

(51) 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Л,И. Цытович(56) Авторское свидетельство СССР 11 515117, кл. О 06 0 7/12, 1974.Авторское свидетельство СССР В 798876, кл. 0 06 0 7/12, 1979, (54)РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ(57)Изобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигнала и может быть использовано в аналоговых вычислктельных машинах. Целью изобретения является повышение надежности работы путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия. Операционный усилитель содержит автоколебательный каскад, выполненный в виде соеди 801218400 А ненных последовательно первого .сумматора 1, интегратора 3 и релейного элемента 4, выход которого является выходом усилителя и соединен с первым входом цервого сумматора 1, и второй сумматор 2,Ь .ключевых элементов 5-1, 5-2,5-и с зоной нечувствительности иблок 6 формирования напряжения питания, выход которого соединен сшиной питания релейного элемента .4.Выход второго сумматора 2 черезключевые элементы 5-1, 5-2,5-п с зоной нечувствительности соеди.нен с соответствующими входами блока 6 формирования напряжения питания, . входов второго сумматора 2соединены с входами первого сумматора 1, кроме первого, и являютсяинформационными входами усилителя.Изменение уровня выходного напряжения при увеличении уровня входного сигнала обеспечивает повышениенадежности работы усилителя. 5 ил.вительности.На фиг, 1 и 2 обозначены первыйи второй сумматоры 1 и 2,интегратор3, релейный элемент 4,первый, второй, , и-й ключевые элементы 5-1,5-2.5-и с зоной нечувствительности, блок 6 формирования напряжения питания, первый, второй,и-й информационные входы 7-1, 7-2,7-и, выход 8, первый и второйоперационные усилители 9 и 1 О, усилительный транзистор 1, первый ивторой диоды 12 и 13, дроссель 14,фильтрующий конденсатор 15, первыйи второй ключи 16 и 17, масштабныерезисторы 18-27, шина 28 нулевогопотенциала, вход 29 опорного напряжения, управляющие входы 30-1, 30-2и выход 31.Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом,Первый и второй сумматоры 1 и 2осуществляют линейное преобразованиевходных сигналов и имеют единичныйкоэффициент передачи.Релейный элемент 4 имеет порогипереключения +В и, амплитудную характеристику, показанную на фиг. 4.Амплитуда сигнала на выходе релейного элемента 4 определяется величиной напряжения на его шине питания. Ключевые элементы 5-1, 5-2,5-и с зоной нечувствительностиимеют амплитудную характеристику, показанную на фиг, 5. Зона нечувствительности + С, причем + С ь-(1 С 5С1+ СВыходное напряжение блока 6 формирования напряжения питания дискретноизмейяется по уровню в функции напряжений на его управляющих входах. Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах,Цель изобретения - повышение надежности работы усилителя путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия.На фиг, 1 изображена функциональная схема развертывающего опеРационного усилителя;на фиг, 2 схема блока формирования напряжения питания, вариант исполнения; на фиг, 3 - временные диаграммы сигналов; на фиг, 4 и 5 - амплитудные характеристики релейного элемента и ключевого элемента с зоной нечувст 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 ри от( ут(.твя сигналов У. (С),У-(С),на выходах ключевыхэлементов 5-1, 5-2,с зоной нечувствительности выходное напряжение блока 6 формирования напряженияпитания имеет минимальное значение,необходимое для создания режима устойчивых автоколебаний в контуре:первый сумматор 1, интегратор 3,релейный элемент 4,В случае нулевого значения сигналов на входах 7-1, 7-2, .. на выходе 8 выходной сигнал У(С) (фиг.ЗФ,имеет форму симметричных импульсовтипа "меандр" со средним нулевымзначением, При этом С= С (фиг. 3),что обеспечивает за время Т, автоколебаний нулевой уровень постоянной составляющей.При наличии сигнала Х(С.) на одномиз входов 7-1, 7-2, , удовлетворяющего условию 0 ( 1 Х(С)11 С 5 1(фиг, За, интервал С, - С, где1 С., - зона нечувствительности первого ключевого элемента 5-1 с зонойнечувствительности), сигнал на выходе.8 пропорционален входному сигналу, так как в интервале(фиг. 3 г) развертка У(С) .( выходной сигнал интегратора 3) изменяется под действием разности сигналовна входах первого сумматора 1, ав интервале С - под действием суммы этих напряжений.сПредположим, что в момент С(фиг. За) входной сигнал увеличился до уровня (С ) ( Х(С) ( (Г).В этом случае на выходе первогоключевого элемента 5-1 с зоной нечувствительности появляется сигналлогической единицы (фиг, 38), который вызывает дискретное изменение",увеличение) напряжения питания релейного элемента 4 на величину 6 А,(фиг. 3 й). Это является очевидным,так как возмущение со стороны напряжения питания релейного элемента 4вводится во внутренний контур замкнутой автоколебательной системы.Дальнейшее увеличение амплитудывходного сигнала (фиг, За; С1.д)приводит к появлению на выходе второго ключевого элемента 5-2 с зоной нечувствительности сигнала логической единицы (фиг. 36), вызывающего дальнейшее приращение амплитуды импульсов на выходе 8 на величину + б А 2 , фиг, 3 7) . При изменении знака входного сигнала (фиг, За) процесс повторяется (фиг. 36, Ь,). Число. модуляционных зон (фиг. 3) определяется числом ключевых элементов с зоной нечувствительности. Таким образом, релейный элемент 4 выходит на предельный режим эксплуатации только по мере роста амплитуды входных сигналов, что позволяет повысить надежность работы усилителя,Блок 6 формирования напряжения питания необходимо выполнять на базе импульсных стабилизаторов напряжения, обладающих максимальным КПД.Блок 6 формирования напряжения (фиг2) работает следующим образом.В исходном состоянии ключи 16 и 17 замкнуты и сигнал на выходе второго операционного усилителя 10 минимален. Первый операционный усилитель 9, работающий в качестве компаратора, сравнивает напряжения на выходе 31 и выходе второго операционного усилителя 10. Частота авто- колебаний опеределяется масштабными резисторами 18-20 и постоянной времени фильтра из дросселя 14 и фильтрующего конденсатора 15. Наличие сигнала на управляющем входе 30-1 переводит ключ 16 в разомкнутое состояние. При этом увеличивается падение напряжения на масштабных резисторах 21, 23, 24 и сигнал в цепи эмиттера транзистора 11 и неинверти,рующего входа первого операционного 128400усилителя 9. В результате возрастает амплитуда напряжения на выходе 31. Дальнейшее увеличение выходного напряжения происходит при размыкании, ключа 17Формула изобретенияРазвертывающий операционный уси О литель, содержащий последовательносоединенные первый сумматор, интег"ратор, релейный элвмент, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является первым информационнымвходом развертывакицего операционного усилителя, второй сумматор, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности работы 20 путем согласования напряжения питания с уровнем входного воздействия,в него введены и ключевых элементовс зоной нечувствительности и блокформирования напряжения питания, г 5 причем выход второго сумматора подключен к входам ключевых элементовс зоной нечувствительно.ти, выходкаждого иэ которых соединен с соответствующим входом управления уровнем напряжения блока формированиянапряжения питания, И входов второ-.го сумматора соединены с соответству.ющими входами первого сумматора,кроме его первого входа, и являются 35дополнительными информационными входами развертывающего операционногоусилителя, выходом которого являетсявыход релейного элемента, выход блока формирования напряжения питанияподключен к шине питания релейногоэлемента.1218400 Составитель О. Отрадновгар Техред О.Неце Корректор В. Синицк еда Закаэ 1133/57 ВНИИПИ ГПодписное СССР ийаб 4/5 113 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Хф Су Гю. йСюс-к Тираж 67 осударственного лам иэобретений Москва, Ж, Р омитет откры ушская