Многоканальное резервированноеаналоговое устройство

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Соеоз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОИЖОМУ СВ ЯВЬСТВУ(22) Заявлено 08,06. 78 (21) 2626595/18-24 (5)М. КЛ,с присоединением заявки ИУ -Н 05 К 10/00 6 05 В 19/33(23) Приоритет ГосударстеениыЯ комитет СССР ао делам изобретеииЯ и открмтий(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕЗЕРВИРОВАННОЕ АНАЛОГОВОЕУСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматике и приборостроению и может быть использовано для построения резервированных систем с повышенной надежностью и точностью.Известно резервированное устройство, содержащее диодные мосты, одни диагонали которых через ограничительные резисторы присоединены к соответствующим полярностям выводов общего1 О источника постоянного напряжения а другие с одной стороны подключены к резервируемым каналам, а с другой объединены в общую точку, соединенную с нагрузкой 11). 5Недостатком известного устройства является то, что резервирование напряжений входных сигналов отдельных каналов осуществляется на сравнивакщих пассивных звеньях, представ ляющих собой нелинейное сопротивление с вольт-амперной характеристи-. кой с насыщением по току.Резервирование каналов по току через развяэывающие пассивные звенья 25 приводит к тому, что крутизна динамической выходной характеристики и точность зависят от соотношения внутренних сопротивлений источников сигналов (отдельных резервируемых 30 каналов ) и нагрузки потребителя, а также от изменения уровня напряжений входных сигналов. Активный отказ -го резервируемого канала вызывает изменение тока в канале до значения установленного тока отсечки (3 о ), что приводит к значительно- му изменению крутизны выходной динамической характеристики устройства и мгновенного значения выходного напряжения сигнала.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройствомногоканальное резервированное аналоговое, состоящее из М дифференциальных операционных усилителей с коэффициентом передачи К+1, на прямые -е входы которых через входные резисторы поступает входной сигнал с выхода 1-го резервируемого канала, выходы операционных усилителей объединены через балансные резисторы в одну общую выходную точку устройства, соединяемую с нагрузкой и, через й резисторов с инвертирующими входами тех же дифференциальных операционных усилителей. Выбор выходного сигнала в устройстве осуществляется по принципу " выборочной медианы".Устройство реализует передаточ:ную функцию вида ф уиах пр Г,о ) 0ах 7 ( У при Е О Р,1 Сгде Г(д) - сигнал на выходе 1-гооперационного усилителя;/У / - максимальное значениещахнапряжения на выходе-го операционного усилителя 21 Недостатком устройства является то, что при разбросе входных напряжений отдельных каналов в пределах, значительно меньших реально возможного технологического разброса, (й) операционных усилителей находятся в насыщении, а выходное напряжение устройства следит эа входным напряжением сигнала ненасыщенного операционного усилителя, то есть в линейной зоне всегда работает только один операционный усилитель иэ общего количества. При активном отказе одного операционного усилителя, устройство следит за одним из входных сигналов, но не обязательно за тем, же самым, а который выбран устройством до возникновения отказа, и это приводит к скачкообразному изменению уровня выходного напряжения, определяемому уровнем рассогласования напряжений входных сигналов. Ошибка в значении выходного напряжения определяется конечным значением коэффициента усиления разомкнутого операционного усилителя, нессиметричностью насыщения операционных усилителей, возможностью отказа одного бперационного усилителя и влиянием нагрузки увеличивается с увеличением количества операционных усилителей. Это ограничивает число операционных усилителей, которое может быть использовано в схеме устройства.Цель изобретения - повышение точности многоканального резервированного аналогового устройства.Лоставленная цель достигается тем, что в каждый канал многоканаль" нас резервированного аналогового усФройства, содержащего операционные усилители, выходы которых через развязывающие резисторы соединены С вы- ходом устройства, соединенным через резисторы обратной связи с инверсными входами операционных усилителей, введен диодный функциональный преобразователь, первый вход которого подключен к соответствующему источнику входных сигналов, второй вход - к выходу устройства, выход - к прямым входам операционных усилителей, а также тем, 55 60 5 1 О 15 20 30 35 40 45 0 что каждый диодный фун.-:ц:.ональныйпреобразователь содержит два встречно включенных диода, соединенных одними выводами с общим выводом последовательно соединенных входногои выходного резистров, а другимивыводами - ко второму входу преобразователя,На чертеже представлена принципиальная блок-схема многоканальногорезервированного аналогового устройства с числом каналов М.Устройство содержит и идентичныхкаскадов усиления 1 -1 . В составикаждого каскада усиления входитодин дифференциальный операционныйусилитель 2, прямой вход которого через первый балансный резистор 3 соединяется с нулевой шиной общегоисточника постоянного напряжения и,через первый входной резистор 4объединяется с аналогичными выводами(и) каскадов усиления в одну общуюточку;выход операционного усилителя2, через соответствующий выходнойрезистор 5 -5 .объединяется с аналойгичными выводами (и) операционныхусилителей в одну общую выходнуюточку устройства, подключаемую кнагрузке и, через резистор обратной связи 6 к инверсному входу операционного усилителя 2, который через второй балансный резистор 7соединяется с нулевой шиной общегоисточника постоянного напряжения.Выход 8 устройства соединяется собъединенными между собой вторымивходами диодных функциональных преобразователей 9 -9 , первые входыИкоторых через резистор 10 подключенык источникам входных сигналов11 -11 щ , а выходы через резистор112 объединены между собой и соединяются с общей входной точкой 13каскадов усиления 1. Общий выводпоследовательно соединенных резисто -ров 10 и 12 подключается к одномуобщему выводу 14 встречно-включенных диодов 15, другой общий выводкоторых соединяется с выходом 8устройства.Многоканальное резервированноеаналоговое устройство работает следующим образом.Устройство осуществляет выборнепрерывного входного сигнала, равного среднему арифметическому извходных сигналов й источников входных сигналов, отличающихся от выходного напряжения на величину, непревышающую заданный порог отсечки са. Передаточная функция диодногоФункционального преобразователя 9имеет вид, определяемый выражением у; пи -коа о (Я)При уменьшении соотношения величины сопротивления резистора 10 отнофсительно резисторов 12, 4 и 3 значение величины заданного порога отсечки уменьшается и стремится к напряже- нию отпирания диодов 15 - Опр.выравнивание технологического разброса входных сигналов резервируемых каналов информации на дифференциальных входах операционных усилителей осуществляется введением цепей отрицательных обратных связей 6, благодаря чему все и операционных усилителей в равной мере влияют на осредненное выходное напряжение. Активный отказ операционного усилителя перераспределяется между выходными напряжениями исправных операционных усилителей.Применение в устройстве пассивных элементов (резисторов, диодов) и исключение влияния активных отказов операционных усилителей позволило создать безынерционное устройство резервирования каналов информации, реализующее резервирование любых функциональных зависимостей без искажения их динамических характеристик.Применение в предлагаемом устройстве выбора входного сИгнала по "выборочному среднему" в отличие от прототипа, осуществляющего реализацию способа межорирования по выборочной медиане", как известно, дает болев точную оценку в выборе устройством полезного сигнала резервируемых каналов. Этот выигрыш в точности, как отношение среднеквадратических ошибок 1 медианы" и "выборочного среднего", при нормальном и равномерном ,законе распределения погрешностей й (где й ;В 1) резервируемых каналов может составлять от 25 до 73. 1. Многоканальное резервированное аналоговое устройство, содержащее операционные усилители, выходы которых через раэвязывающие резисторы соединеныс выходом устройства, соединенным через резисторы обратной связи с инверсными входами операционных усилителей, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в нем в каждый канал введен диодный Функциональный нреобраэователь, первый вход которого подключен к соответствующему источнику входных сигналов, второй вход - к выходу устройства, а выход - к прямым входам операционных усилителей.2 Устройство, по п.1 О т л и ч а ю щ е е с я тем, что диодный фун кциональиый преобразователь содержит два встречно включенных диода соединенных одними выводами с общим выводом последовательно соеди 3) 55 где й количество источников входныхсигналов;количество операционных усилителей в устройстве , ф 0максимальное значение входного сигнала -гО источника;падение напряжения на Открытом диоде в диодном функцио.нальном преобразователе. 65у еаГ 1 "4 ггде 1 (бу) - сигнал на выходе устройства;у; - мгновенное значение напряжения 1-го источника входныхсигналов;у - среднее арифметическое извеличин К входных сигналов;ду - абсолютная разность напряжений между мгновенными значениями входного сигнала резервируемого 1-го канала ивыходного;" - заданный порог отсечки, значение которого определяется неквадратической погрешностью 1-го канала.Сигнал "у; " от источника 11 поступает на первый вход диодного функционального преобразователя 9 и через резистор 10 сравнивается в точке 14 с выходным сигналом устройства "у". Если абсолютная разность между 20 мгновенным значением входного сигнала у; и выходного сигнала у не превышает заданный порог отсечки Е / то сигналы резервируемых каналов осредняются в точке 13. Осредненный 25 сигнал усиливаетсяоперационными усилителями 2 и с выхода каждого поступает через резистор 5 в общую узловую точку, где вторично осредняется. Этот осредненный сигнал через ре" З 0 зистор 6 отрицательной обратной связи поступает на инверсные входы операционных усилителей 2. Общий коэффициент передачи устройства от входа к выходу равен +1 и определяется выбором соОтношений резисторов 3,4, 6,7, 10 и 12.Если абсолютная разность между мгновенным значением входного сигнала у.( и выходного сигнала у превышает заданный порог (ау /Е l ) . 40 то происходит ограниченйе мгновенного значения входного тока и с этого момента потенциал в точке 14, а следовательно и в точке 13 не зависит от изменения сигнала у 45Значение заданного порога отсечки Я определяется напряжением отпираония диодов 15 диодного функционального преобразователя - Ор и соотношением резисторов 3,4, 10 и 12 в соот- у ветствии с выражением И%10 а 42)(Ф 3+ а 4)ф п%40+а 4 Ъ)+807510 СоставителЬ В. МаксимовРедакто Л. Белоусова Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Шарош аказ 339/85 Тираж 900 Подписное ВНИИПИ Государственного комйтета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патентф, г. Ужгорсл, ул. Проектная,ненных входного и выходного резисторов, а другими выводами - ко второму входу преобразователя.Источники информации, принятые зо внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРР 190664, кл. Н 05 К 10/00, 1967.2, Оодце Тгапьдисег Га 1 цгеьнсЬ ВАМР, "Е 1 ессгопс Оеьпп" 1968,Ч 16, Ф 15, р.70-75 (прототип).