Инвертор с управляемым ограничением выходного сигнала

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ п 746580 Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликЩ Фм МЫЫ 103ио делам нэобретеиий и открытий(72) Автор: изобретения Р. Н, Чернышев Ордена Ленина институт проблем управления(54) ИНВЕРТОР С УПРАВЛЯЕМЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике,Известны июерторы с управляемымограничением выходного сигнала, в состав которых входят основной операцион 5ный усилитель и два вспомогательных усилителя дпя реализации ограничения (одинв положительной попуплоскости выходного диапазона, второй-в отрицательной).В структуре первого типа выход вспомогательного неинвертирующего усилителя связан с суммирующей точкой основного операционного усилителя (ОУ), Навход вспомогательного усилителя подает ся разность выходного напряжения основ- ,ного усилителя и напряжения ограничения.При превышении величины выходного сщнала уровня ограничения вспомогательный усилитель обеспечивает дополнительный ток к суммирующей точке основногоОУ такой величины, чтобы скомпенсировать изменение входного тока через вход- .ной резистор, которое обусловлено изменением напряжения входного сигнала,2Вспомогательный усилитель стремится обеспечить постоянную величину разнос ти входного тока и тока компенсации, вследствие чего ток в цепи обратной связи остается неизменным, и неизменным остается выходное напряжение 111,В структуре второго типа, также состоящей из основного усилителя, двух вспомогательных инвертирующих ОУ и, кроме того, модуля дпя выделения минимумаlсигнал, поступающего с выходов основного и вспомогательного ОУ, при превышении величины выходного напряжения величины уровня ограничения основной ОУ с помощью модуля выделения минимума отключается от цепи обратной связи, а один из вснома ательных усили-. телей (в зависимости от знака уровняограничения) переводится в режим инвертора, на вход которого подключено напряжение ограничения, а выход инвертора соединен с выходом устройства 2),Недостатком известных структур является значительная динамическая ошиб746580 фка, Ъбзникающая при переходе схемы из .дифференциального компаратора подклюлинейного режима (режим инвертора)вчены соответственно к источникам входрежим ограничения, а также принципиаль- ного сигнала и сигнала ограничения, а". ЙМ йевбзможность осуществитьнепрерыв- выход соединен со входом формирователяную установку уровня ограничения в по сигналов управления, Кроме того, инверложительной и отрицательной полуплос- тор содержит два дополнительных ключа,костях выходного дйайазона, управляющие входы которых подключеныНаиболееблизким технйческйм реше- к соответствующим выходам формированйем к йредлагаемому является инвер- теля сигналов управления, причем общий/ор с управляемым ограничением выход вывод масштабных. резисторов через доного сигнала, содержащий операционный полнительный замыкающий ключ соедиусйлитель, выход которого является вы- нен с шиной нулевого потенциала, подходом инвертора и соединен через два ключенной через дополнительный размы последовательно включенных масштабных кающий каЖ к среднему выводу делителяфзистора с источником входного сигнала 15 на резисторах,и. через делитель на резисторах - с ис- На чертеже изображена структурнаяточником сигнала ограничения 3. схема предлагаемого инвертора с управНедостатком этого инвертора с управ" ляемым ограничением выходного сигнала.ляемым ограничением выходного сигналаустройство состоит из операционногоявляется сравнительно большая динами- усилителя (Оу) 1, масштабных резио 20ческая ошибка при переходе иэ линейноготоров 2, 3, размыкающего ключа 4, корежима в режим ограничения, невозмож- торый соединяет общий вывод масштабность непрерывной регулировки уровн ных резисторов с суммирующим входомог аничения в обеих: пблуплоскостях выход 5 ОУ, В точку 6 подключен источникР25його диапазона. входного сигнала, а в точку 7 - источПри переходе из линейного режима в ник сигнала ограничения. Между точкойрежим ограничения требуется некоторое 7 и выходом 8 устройства включен деливремя для изменения напряжения на вы- тель на резисторах 9 и 10. Общая точходе вспомогательного усилителя с уро ка этйх резисторов через замыкающий .30ж ограничейия вспомогательного ограни- ключ 11 связана с суммирующим входомчисля доуровня напряжения на выходе 5 ОУ, К точкам 6 и 7 подключены жорыосцовного усилителя, Только по прошес дифференциального компаратора 12, вывии, этого времени начинается цереключе- ход которого соединен с формирователемние аналбгового йереключателя,до этого 13 сигналов управления. Формирователь35продолжается рост напряжения на выходе 13 имеет парафазный выход, К первомуустройства, Это приводит к появлению выходу подключен управапощий вход клю"9 йряженияперерегулирования на выходе чЫ 4, ко второму - управляющий входограничителя. Величина этого напряже- ключа 11.ниярастет с ростом скорости изменения Инвертор работает следующим обравходного сигнала, Наличие этого напря 40зом.жения и приводит к появлению дополни- Когда величина входного сигнала потельной динамической погрешности,. абсолютной величине меньше, чем напряБель изобретения"- йовь 1 шейие точ- жение ограничения, ключ 4 замкнут, аности за счет уменьшения динамической ключ 11 разомкнут, Тогда устройство45ошибки в режиме ограничения, представляет инвертор (в случае, еслиПоставлейная. цель" достигается тем, сопротивления Резисторов 2 и 3 равны).что инвертор.с управляемым ограниче- При превышении величиной входного сигнием выходного сигнала содержит диф- нала уровня ограничения компаратор 12ференциальный ком паратор, формирова-перекабчаетсяв результате чего ключ50тель сигналов. управления и два ключа, . 4 размыкается, а ключ 11 замыкаетсяуправляющие входы которых подключены Поэтому масштабные резисторы отключак соответствующим выходам формировате- ются от суммирующего входа 5 ОУ, Устля сигналов управления, размйкающий ройство"переходитв режим ограничения,ключ включен между общим" выводом мас- где операционный усилитель 1 включен55штабных резисторов и суммирующим вхо- в режиМ инвестора со входным сигналом,дом операционного усилитеж, соединен- равным напряжению ограничения.ным через замыкающйй ключ со средним При уменьшении абсолютной величи"вЪводом-делителя на резисторс;-"входы,ны входного сигнала, когда она сравня,ется с величиной сигнала ограничения(с точностью до величины петли гистерезиса компаратора) компаратор переключается, изменяются сигналы управления на выходах формирователя, в результате клкч 4 замыкается, а ключ 11 размыкается, Устройство переходит в режиминвертора,Чтобы исключить нвтекание тока черезразомкнутый ключ 11 (в линейном режиме) или через разомкнутый ключ 4(в режиме ограничения) и тем самымисключить дополнительные источники ошибок в линейном режиме и режиме ограничения, в устройство введено два допот 15нительных ключа: замыкающий 14 и размыкающий 15, Ключ 15 соединяет средний вывод резисторов 9 и 10 с шинойнулевого потенциала, Ключ 15 управляется синхронно с ключом 4 от первого 20выхода формирователя сигнала управления, Ключ 14 соединяет общий вывод резисторов 2 и 3 с шиной нулевого потенциала,Необходимым условием для работы ин 25 .вертора с управляемым ограничением выходного сигнала является равенство коэффициентов передачи по входу инверторв ипо входу напряжения ограничения. Присрабатывании компаратора, когда вели 30чина входного сигнала превышает уровень напряжения ограничения, происходитпереключение ключей и схема переходитв режим ограничения, Твк как при этомвходной сигнал отключен от суммирующей точки ОУ, то рассматриваемая схема обеспечивает .практически идеальноеограничение. Поскольку при переходе иэлинейного режима в режим ограничениянапряжения на выходе ОУ с точностью40до разброса и коэффициентах передачипо инвертирующему входу и входу ограничения не изменяется в предлагаемойструктуре отсутствует источник динамической ошибки, который имеет место у45известного устройства, Динамическаяошибка, возникающая при переключенииключей, значительно меньше, чем динамическая ошибка ранее известных струк 50тур,80 6ничители что сокращает общее число алелментов,В результате введения дополнительныхключей величина напряжения на разомкнутом ключе 4 или 11 снижается до величины падения напряжения на замкнутомключе 14 или 15 тем самым значительно снижается ошибка, вызванная неидеальностью ключей.Предлагаемая структура обладает многофункциональностью. При фиксированномсоставе оборудования, только изменяя коммутацию входных соединений устройства,оказывается возможным реализовать такие функциональные свойства, квк идеальный диод, электронный коммутатор, управляемый умножитель на постоянныйкоэффициент,Режим идеального диода можно рассматривать как частный случай ограничителя с нулевым уровнем ограничения,т,е, точка 7 заземлена, Такая схемапри прочих равных условиях обладает более высокой динамической точностью,так как в ней отсутствует ошибка,обусловленная конечной скоростью изменениявыходного напряжения ОУ, которая имеетместо в классической схеме идеальногодиода известного устройства.В режиме электронного коммутатораодин вход компаратора соединен с шинойнулевого потенциала, а на второй подвезся сигнал управления, Нв вход 6 подвезся напряжение первого канала, на вход 7 второго.Переключение каналов происходит приизменении полярности сигнала на входекомпаратора,В режиме управляемого умножителя напостоянный коэффициент точки 6 и 7 объединяются, Один из входов компараторазаземляется, на второй подается сигналуправления. В атом случае величина постоянного коэффициента умножителя определяется величиной относительного изменения коэффициентов передачи по входам .6 и 7,Формула изобретенияТвк как срабатывание компаратора и . следовательно, переключение ключей определяется только разностью напряжений55 входного сигнала и сигнала ограничения, ограничение обеспечивается в обеихфполуплоскостях выходного диапвзона, В устрой:стве отсутствуют вспомогвтельйые ограИнвертор 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 н через делитель на резисторах - с источником сигнала ограничения, о т л н880 8выходам формирователя сигналов управления, причем общий вывод масштабных резисторов через дополнительный эамыкающий ключ соединен с шиной нулевого потенциала, подключенной через дополнительный размыкающий ключ к среднему вывод ду делителя на резисторах,7 746 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения динамической ошибки в режиме ограничения, он содержит дифференциальный компаратор, формирователь сигналов управления и два ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам формирователя сигналов управления, размыкающий ключ включен между общим выводом масштабных резисторов О 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 - щ и й с я тем что он содержит два до- о полнительных ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим Источники информации,принятые во вниманце при акспертизе1, Проектирование и применение ОУ,Под ред, Дж, Грама, Дж, Гоби,Л. Хьюльсмана, Мир, 1974, с, 268.2. Чернышев Р, Н, Исследованиесхемы типа "Идеальный диод", Изв. ВУЗ,Электромеханика,110, 1978,с, 1042-1047.3. Полонников Д, Е, Чернышев Р, Н,Прецизионный ограничитель с применением операционных усилителей. "Автоматика и телемеханика"8 1977,с, 172-180 (прототип).ЦНИИПИ Заказ 4106119 Тираж 751 Подписное ППП фПатентф д, ул. Проектна