Релейный операционный усилитель

(51) М КлйО 06 0 7/12 еи заявк с присоедине Яв е Госудорстевннн 1 й комитет СССР по делом иэоорвтвний и открмтнй(23) Приоритет Опубли коваио 15.07 юллетень %26 3) УДК 681,33(088.8) ать опубликования описания 18.07.7(72) Автор. изобретения Л,тович ий институт им. Ленинско 71) Заявитель Челябинский политехнич мола(84) РЕЛЕЙНЫ Й ОПЕРАЦИОННЫ Й УСИЛИТЕЛЬ Изобретение относится к области уси лительных устройств, работающих в релейном режиме, и может быть использовано в вычислительных машинах.Известно устройство с широтно-импуль ным преобразованием сигналов, содержащее интеграторпороговый элемент, схе му регулирования частоты 11.Однако это устройство имеет невысо :кую точность работы,устройство характериз малой точностью вслед астоты, автоколеоаний о го сигнала. тся сравни твие изме величины т.входно оЦелью изобретения является повышение точности работы.Это достигается тем, что в предлага:емый релейный операционный усилительвведены соединенные последовательно выопрямительный блок и перемножитель, выход которого подключен ко вторым входамвторого и четвертого сумматоров, входвыпрямительного блока присоединен ко входу устройства, другой вход перемножите5ля соединен с выходом релейного элемента,ф пераг.1,1,интертельремноетфункциональная схционного усилителя игде обозначены основ20релейный элемент 2,ратор 3, элемент с зоности 4, выпрямительжитель 6, первый, вто Наиболее близким к данному изобретению является релейный операционный уси литель, содержащий последовательно сое диненные первый сумматор, основной интегратор, второй сумматор, релейный эле мент, третий сумматор, дополнительный, интегратор, четвертый сумматор, элемент с зоной нечувствительности, выход которо го подкаочен к выходу устройства и второму входу третьего сумматора, выход ре лейного элемента присоединен ко второму входу первого сумматора, первый вход ко торого соединен со входом устройства 21 1 ема релейного о зображена на фи ной интегратор дополнительный ной нечувстви ный блок 5, пе рой, третий и ч3вертый сумматоры 7, 8, 9 и 10, вход 11устройства, выход 12 устройства,Устройство работает следующим образом.Основной интегратор 1 и релейный элемент 2 образуют в совокупности звено,работающее в режиме автоколебаний. Пе,реключение релейного элемента 2 происходит при сигнале на его входе, равномпорогам срабатывания. Выходной сигналрелейного элемента 2 представляет собойпериодическое напряжение прямоугольнойформы, положительные и отрицательныеимпульсы которого по амплитуде равны ипостоянны." " При отсутствии вхопного сигнала навходе 1 1 устройства выходной сигнал основного интегратора 1 изменяется в "отрицательном" направлении до равенстваотрицательному порогу срабатывания релейного элемента 2, Переключение релейного элемента 2 приводит к изменениюзнака импульса его выходного напряжейияи выходное напряжение основнога- интегратора 1 линейно изменяется (нарастает)от отрицательного значения порога срабатывания релейного элемента 2 до его по 1ложительного значения порога срабатывания. При этом вновь происходит переклю чение релейного элемента 2 В дальнейшем процесс периодически повторяется,Вследствие равенства длительностейположительных и отрицательных импульсов выходного напряжения релейного элемента 2 среднее значение импульсов запериод автоколебаний равно нулю.Напряжение с выхода релейного элемента 2 через дополнительный"интегратор 3 подается на вход элемента с зонойнечувствительности 4. Параметры дополнительного интегратора 3 и элемента сзоной нечувствительности 4 выбираютсятакими, что при нулевом сигнале на вхо.де 11 выходное напряжение дополнительного интегратора 3 не превышает зонынечувствительности элемента 4. При этомнапряжение на выходе 12 устройства отсутствует.На фиг. 2 а изображены эшоры выходных напряжений основного интегратора 1У 4 и релейного элемента 2 Уьых ., 1 присигнале на входе 11 положительной полярности. На интервале 1скорость изменвния выходного напряжения основногоинтегратора 1 определяется разностьюамплитуд выходного напряжения релейного элемента 2 и сигнала на входе 11, ана интервале 1 й скорость изменения за 4висит от суммы указанных сигналов. Врезультате за период автоколебаний среднее значение выходного. напряжения релейного элемента 2 устанавливается пропорциональнымвеличине сигнала на входе 11.:.При сигнале на входе 11, отличном отнуля, выходное напряжение дополнительного интегратора 3 перемешается "вертикально" относительно зоны нечувствительности10 элемента 4, как показано на фиг. 2 б, Припсщржительном сигнале на входе 11 выход-ное напряжение дополнительного интегратораЩ на фиг. 26) нарастает до границы зоны нечувствительности С элемен 5 та с зоной нечувствительности 4,В момент равенства этих напряженийна выходе элемента с зоной нечувствительности 4 формируется импульс напряжения положительной полярности, как пока0 вано на фиг. 2 в, который черве цепь обратной связи подается на вход дополнительного интегратора 3.Учитывая, что выходные напряжениярелейного элемента 2 и элемента с зоной25нечувствительности 4 противоположны познаку,амплитуда напряжения на выходе 12устройства ограничивается на уровне выходного напряжения релейного элемента2, а выходное напряжение дополнительного интегратора становится равным величине положительного значения зоны нечувствйтельности элемента 4.Синхронно с измерением знака выходного напряжения релейного элемента 2 про 35исходит уменьшение выходного напряжениядополнительного интегратора 3 и элементс зоной нечувствительности 4 выключается,40,Длительность импульса напряжения навыходе 12 устройства (фиг. 2 в) равнаЧЬТ фииод= ,а к г фР,где 6относительное значение порогасрабатывания релейного элемента 2;Ти - постоянная времени основногоинтегратора 1;с= ц- относительная величина сигнала на входе 1 1 устройства;Обив- амплитуда импульса на выходе12 устройства;,К - коэффщиент передачи релейного операционного усилителя.За время з (фиг, 2 а) выходное напряжение дополнительного интегратора 3 неуспевает достигнуть отрицательного уров-,ня зоны нечувствительности элемента 4,674040 25 5в результате чего на выходе 12 релейного операционного усилителя формируются: однополярные импульсы напряжений;" сред нее значение которых за период автоко- лебаний 93 Ту з - (2),-,гк гпропорционально величине сигнала на входе 11, Полярность выходного напряжения опо ределяется знаком сигнала на входе 11,При отрицательном значении сигнала на входе 11 принцип работы устройства аналогичен, но с той разницей, что выход15 ное напряжение дополнительного интеграто -ра 3 смешается "вертикально" относитель но отрицательного значения зоны нечувствительности и выходные импульсь 1 эле- мента с зоной нечувствительности 4, т,в.20 на выходе 12, имеют отрицательную по лярность.Интервал паузы между выходными импульсами релейного операционного усйлителя равенВтПеремножитвль 6 представляет собой : амплитудный модулятор, выходной сигнал зо которого представляет собой прямоуголь ные импульсы, по. амплитуде равные выходному напряжению вьпфямительного бло ка 5, полярность которых противоположна полярности импульсов выходного напряже ния релейного элемента 2.При нулевом сигнале на входе 11 уст.- ройства выходное напряжения перемножи гели 6 равно нулю.Предположим, что сигнал на входе 11 40 соответствует уровню, изображенному на фиг. За. При этом на один вход перемно жители 6 подается сигнал, пропорциональ Мый модулю сигнала на входе 3.1 (фиг, Зб), а на другой вход поступают импульсы с45 вйхода релейного элемента 2, На выходе первмножителя 6 формируются импульсы, изображенные на.фиг. Зв, которые подаются на второй и четвертый сумматоря 8 и 10. При наличии на,выходе релейного 50 элемента 2 импульса отрицательной полярности (фиг. Зг) на второй сумматор 8 подается импульс положительной полярноо ти (фиг. Зв). Это вызывает эквивалент ков изменение положительного порога пв 55 реключения релейного элемента 2 на величину ь Я(фиг. Зг). Длительность с выходного напряжения релейного элемен 6та 2 (фиг. 2 а) уменьшается до значения ф (фиг. Зг). В интервале времени, со ответствующем совпадению знаков сигнала на входе 11 и напряжения на выходе 12 на второй сумматор 8 поступает импульс отрицательной полярности, что также вызывает уменьшение отрицательного порога срабатывания релейного элемента 2 на величину АВ (фиг. Зг),В результате интервал времени Фя (фиг. 2 а) уменыйается1до значения Ф (фиг. Зг).Частота следомния импульсов на выходе 12 устройства линейно возрастает с увеличением сигнала на входе 11 и равна 1+4 Ко )ду(4)С ростом величины сигнала на входе 3.1, например до значения -Уь), (фиг.Зд) амплитуда сигнала на выходе перемножите ля 6 увеличивается (фиг. Зе), а пороги срабатывания релейного элемента 2 умень шаются на величину ай дау (фиг. Зж).Выходной сигнал перемножителя 6 по давтси и на четвертый сумматор 10,При этом одновременно с уменьшением поро гов переключения релейного элемента 2 (фиг. 46 ) происходит пропорциональное изменение (уменьшение) зоны нечувствительности элемента 4 на величину(фиг. 46 вЬВ интервале паузы между импульсами на выходе 12 выходное напряжение до полнительного инт егратора 3 (фиг, 4 в) не усдевает достигнрь уровня - с-(-дС) включения элемента с зоной нечувствительности 4, что обеспечивает однополярность импуль сов на выходе 12 (фиг. 4 г)При изменении знака сигнала на входе 11 устройство работает аналогично.В устройстве-прототипе частота выходных импульсов релейного усилителя изме няется (уменьшается) с ростом входного сигнала по пораболическому закону. Если входной сигнал релейного операционного усилителя изменяется (кроме постоянной составляющей содержит также и переменную составляющую, например гармоничеокую), то полоса пропускания релейного операционного усилителя динамической составляющей входного сигнала будет зави сить от величины постоянного уровня вход:- ного сигнала т.е. с ростом величины входного сигнала динамические возможноо ти релейного операционного усилителя ухудшаются7В предложенном релейном операционном усилителе благодаря его конструктивным отличиям, обеспечиваетсялинейный закон изменения частоты выходных импульсов релейного операционного усилите/ля см, выражение 4), причем .частота выходных импульсов линейно увеличивает- ся с ростом сигнала на входе 11. Следо вательно, полоса равномерного пропускания частот устройства расширяется при 1 О увеличении постоянной составляющей вход- ного сигнала, а точность отработки и динамической составляющеМ входного сигна "ла возрастает.формула и з о б р е т е и и яРелейнйй операционный усилитель, со держащий последовательно соединенные первый сумматор, основной интегратор, второй сумматор, релейный элемент, тре тий сумматор, дополнительный интегратор, о четвертый сумматор, элемент с зоной не чувствительности, выход которого под ключен к выходу устройства и второму входу третьего сумматора,.выход релгйного элемента присоединен ко второму входу первого сумматора, первый вход которого соединен со входом устройства, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности работы, в него введенй соединенные последовательно выпрямительный блок и перемножитель выход которого подключен ко вторым входамвторого и четвертого сумматоров, входвыпрямительного блока присоединен ковходу устройства, другой вход перемножителя соединен с выходом релейногоэлемента. Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент США М 3551847,кл. 331-143, 1970,2. Г, Кори, Т, Корн "Злектронные ана"логовые и аналого-цифровые вычислительные машины", т. 2, изд. "Мир, 1967,с. 360-361, фиг. 7,15,674040 ЦНИИПИ Закаэ 4080/46Тираж 779 Подписное Патент филиал ППг. Ужгород,оектная