Развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем

СОЮЗ СОЯЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСпуВЛин 12 ОПЙОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИй Ав ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е со ство СС1974,во СССР тип Осуддрстненньй номитет сссеоо делдм изов етений и Отнеытий(56) 1. Авторское свидетельВ 515117, кл. С 06 С 7/12,2. Авторское свидетельстпо заявке И 3613835/24,кл. С 06 С 7/16, 1983 (прот(54) (5 ) РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙУСИЛИТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЬЯ КОНТРОЛЕМ,содержащий соединенные последователь но первыи сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого является входом операционного усилителя, соединенные последовательно первый делитель частоты, первый пропЬрционально-дифференцирующий блок, первый выпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И,соединенные последовательно второйделитель частоты, второй пропорционально-днфференцирующий блок, второйвыпрямитель, выход которого подключен к второму входу элемента И, вы 801145350 ход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого является выходом операционного усилителя, третий пропорционально-дифференцирующий блок, второй сумматор, первый вход которого является дополнительным входом операционного усили-теля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия диагностирования, в него введены ключевой элемент с зоной нечувствительности, третий выпрямитель, соединенные последовательно дополнительный интегратор и дополнительный релейный элемент, причем выход дополнительного релейного Ю элемента подключен к второму входу второго сумматора, выход интегратора соединен с входом ключевого эле- С мента с зоной нечувствительности, выход которого подключен к входу третьего выпрямителя, выход которо го соединен с третьим входом второго сумматора, выход дополнительного релейного элемента через третий пропорционально-дифференцирующий блок подключен к входу второго дели-ф теля частоты и к дополнительному входу релейного элемента, выход ко-.торого соединен с входом первого де-;лителя частоты и с входом ключа.Изобретение относится к усиЛЙ 1- тельным устройствам с епнротн-иипульсным преобразованием сигнала. и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. 5Известен развертывающий операционный усилитель, содержащий сумматор. интегратор, ,релейнык элемент11.Однако указанное 5 тстрайство обладает низкой надежностью работы (вслед.10 ствие невозможности Определить неисправность во время работы).Наиболее близким к предложенному является развертывающий огерационный усилитель с непрерывным контра лем, входящий в состав множительного устройства которое содержит соединенные последовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, амплитудный модулятор, ключ. выход 2 С которого является выходом устройства, выход релейного элемента подключен к первому вхбду первого сумматора, второй вход которого является входом первого сигнала-сомножителя 25 выход амплитудного модулятора через соединенные последовательно первый делитель частоты гтервый продарционально-дифференцирующкй блок и первый выпрямитель подключен к первому .О входу элемента И, выход которого сое- динен с управляеощкм входом ключа., выход релейного элемента через соединенные последснательно элемент НтК второй пропорционально-дифференцкрующий блок, второй делктець частоты, третий пропорциональна-дкфференцирующий блок и второй выпрямитель подключен к второму входу элемента И, выход второго пропорционально-дифференцирующего блока подключен к первому входу второго С 5 тептеатора, второй вход которого является входом второго сигнала-сомножителя,. выход второго сумматора соединен с вторым входом амплитуднога модулятора 2 1 с Недостаток данного устройства обусловлен невысоким быстродействием ,диагностирования.Цель изобретения - повьппение быстрадействия диагностирования,Для достижения цели в известный развертывающий операционный усилитель с непрерывным контролем содер 55 жащий соединенные послецовательно первый сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого падкепонен к первому входу первого сумматора, второй Вход которого является Входам перационнага усилителя, соединенные пос.ледавательно первый дели тель частоты, первьЙ пропорционально-дкфференцируощий блок, первыйвыпрямитель, выход которого подключен к первому входу элемента И, соединенные последовательно второй делитель частоты, второй пропорционально-Дифференцирующий блок Второй выпрямитель, выход которого подксночен к второму Входу элемента И,.выход которога соединен с управляющим входом ключа, выход которогэ является выходом операционного усилителя, третей прагарциональна-диффеЕое 1 ецируЕощий блсквтарОЙ сумматор, первый вход которого является допал 1 тЕТРЛЬНЬП,Е ВХОДОМ ОПСЕаЦИО.НОГО УСИЛИТЕЛЯТ ВВЕДЕНЫ КЛЕОЧЕВО Е ЭЛЕМЕНТ С За-" ВОЙ НсОЧУВСРВЕтт 1.ЕтЬНГСТИ ТРРТИК ВЫ1 ОЕтп;,ИТР;1 Ь С ттфдИНЕЕЫЕ ПСтС ТЕДОВВ ТЕЛЬНа ДОПОЛтКТЕЛЬНЬЕЙ ИНТРГГаТОР К ДОПОЛнителт.ный телейный элемент причемВЫХОД ДаЕтастНИтЕЛЬНаГО РЕЛЕЙНОГО ЭЛЕ -мента полк почен к Второму вход 5 ВтоРО.О СУМткаТОРат ВЫХОД ИНТЕГРатагаСС ЕЕ;11 О 1 с ВУС 1 ВС М КЛЮтЕЕВОГО Э.ттЕМРНта",ОтЕС 1 т ЕЕт" отт "Вито 13 ЕОГТт, ВЫт.Стп ТСО-тОт.:010 .:СДКЛтрнтви К ВХОЦУ ТРЕТЬЕГО ВЫПРЯ 1 ЕтЕТЕЕЕ. ВЬ; - :ЕОД КО".-ЭРОГО СОЕдтЕТ 11 СТЬИМ ВХОДОМ ВТОРОГОтора, 11 ыхад дацот 1 нительного реяейно- ГО Зтта:,апта .ЕЕР ГРЕТИЙ ПРОГЕОРЦИО- нат;ьнст- Дифференеир",ющий блоктЕОтЕ-:,ЕттСттЕРЦ тС В таттУ ВТОРОГО ДРЛИТЕЛЯ- а, вот тл тта 1 0 ЕтЕИ ит рль т 1 О мтт вход 5 т ре -дейногс элеменоа, выход которогосоединен с Входом ТЕервога делителя"астОТЫ и Входам ключаюНа фигизображена функциональная схема предложенного развертыВаощега операционного усилителянепрерывным тсонтралрм; на фиг. 2-4Временные диа раммы сигналов. т,хеЕеа вк 1 почает первый сумматор 1 интегратор 2, релейный элемент 3, кдочевай элемент 4 с зонОЙ неч 5 твстВительности, первый и второй делители 5 и б частоты второй сумматор 7 первый, второй и третий пропорционально-дифференцирующие блокк 8.9 и 10 первьете, второй и третий Выпрямители 11, 12 и 13, дополнктель. ный интегратор 14, дополнительный , елейный элемент 15, элемент И 16, ключ 17, вход 18, дополнительныйоХОД 1 9 т 1 ВЫХОПРазвертьнзающий операционный усилитель работает следуюшим образом,Первый сумматор 1, инте -ратср 2 и релейный элемент 3 образуют основной автоколебательный каскад с широтно-частстно-импульсной мслуляцией,Релейный элемент 3 жеет слмметричные относительно пулевого уровня порога переключения +Б, Его выходной сигнал неизменен пс модуля амплитудьи меняется только по знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания.При нулевом значении сигнала управления с входа 18 (Фиг, 2 Е) выходной сигнал интегратора 2 (Фиг.2 а) имеет Форму симметричной относительно нулевого уровня пилы, а постоянная составляющая сигнала на выходе релейного элемента 3 (Фиг 2) за период автскслебаний Т равна нулюНаличие сигнала управления (фиг, 26) влечет за собой увеличение периода автоколебаний и изменение скважнссти импульсов на выходерелейного элемента 3 (Фиг,. 2 л). Приэтом за период автсколебаний псстоянная составляющая ж;-;ульссв устана:ливается прспсрционазз-.ной уровнювходного сигнала Диагнастир ванне рабстсспссобнос -ти сснсвнсгс автсколебательнсго каскада производится с помощью первогоделителя 5 частоты, перзого пропорционально-дифференцирующегс блока 8первого выпрямителяПервый делитель 5 частоты преобразует выходной сигнал релейногоэлемента 3 (Фиг, 2 ю) в импульсын нтипа Иеандр со средним нулевымзначением (Фиг. 2 ь),Первый пропорционально-дифференцирующий блок 8 передает переменную составляющую сигнала (Фиг, 26)на вход первого выпрямителя 11 сминимальными искажениями (Фиг. 2 .).В блоке 8 импульсы выпрямляются(фиг, 2 ъ) и Фильтруются (фиг, 23),Таким образом Формируется сигнал логической 1, свид тельствующий о нормальной работоспособности ссновногс автсколебатег 1 ьногс каскада,Второй делитель 6 частоты, второй пропорционально - диКеренцирующкй блок 9 и второй выпрямитель 12 служат для диагностирования трактавыполняющепо Функцию синхронизации и ссс гоязцегс из клкчеэзогс .элемента4 с .зоной нечувствительности, третьего выпрямителя 13, второго сумматора 7, дополнительного интегратора 1, дополнительного релейногоэлем:ята 15 и третьего пропорционально-дифференцирующего блока, 10,зглючевой элемент 4 имеет зону нечувствительности + С, которая превышает зону неоднозначности + В релейного элемента 3. Поэтому, когда сигнал на выходе интегратора 2 имеетамвлитулу, не превышающую уровень+С, выходное напряжение ключевогоэлемента 4 с зоной нечувствительности и третьего выпрямителя 13 равнонулю.Еаскад, состоящий из второго сумматора 7, дополнительного интегратора 14 и дополнительного релейногоэлемента 15, представляет собой дополнительный каскад с автоколебанием с частотно-широтно-импульсной мод чяцнеиС помощью источника опорного напряжения,.подключаемого к дополнительному входу 19, устанавливаетсясква;кнссть выходных импульсов допол. -нительнсгс релейного элемента 15,отличная от величины 0,5 (фиг. 2 е),+причем г (ТО. При этом частота 1/Тфавтсколсбаний должна выбираться выше частоты следования импульсов навыходе релейного элемента 3С помощью третьего пропорциональ - .1, Рсзнс-диф,реренцирующего блока 10 осущес:вляется Формирование импульсов малой длительности (фиг. 2), возникающих синхронно с моментами временипереключения дополнительного релейного элемента 15 (фиг. 2 е).Наличие сигналов логическая "1"на выходах первого и второго выпрямИтелей 11 и 12 обеспечивает нулевойуровень напряжения на выходе элемента И 1 б типа "2 И-НЕ" (фиг. 2 л). С целью повышения быстродействия.диагностирования работоспособности каналов преобразования сигнала управ О ления выход третьего пропорционально-дифференцирующего блока 10 подключен к дополнительному входу 21 релейного элемента 3.Гассмотрим диаграммы сигналов 55 на фиг. 3, полагая, что принудительное переключение релейного элемента 3 происходит при наличии на его дополнительном входе импульса, поляр1535 О ность которого совпадает с полярностью сигнала ка выходе релейногоэлемента 3,При выбранной частоте автоколебаннй (полосе пропускакия) и отсутствиисйгнала синхронизации ка дополнительном входе релейного элемента 3 траектория движения развертки на выходе интегратора 2 соответствовала быциклам 1 и С сигнала, изображенного на фиг, Зм пунктирной линией.Однако в момент времени й 1 на дополнительный вход релейного элемен-та 3 поступает импульс с выхода третьего пропорционально-дифференцирующего блока 1 О (фиг, 36), которыйприводит к принудительному переключению релейного элемента 3 (фиг.Зс).Это вызывает изменение знака сигнала на его выходе и смену направления 2 Оразвертывающего преобразования, Врезультате циклы 1( с и й и й(фиг, За), так как частота автоколебаний дополнительного каскада намного превышает частоту следования ж-, 25пульсов на выходе релейного элемента 3. Последующие переключения релейного элемента 3 происходят в моменты времени й , с , й (фиг,За,ь),Учто приводит к уменьшекйю амплитуды 3сигнала развертки на выходе интегра-.тора 2 и росту частоты импульсов иавыходе релейного элемента 3,статическое состояние, а выходное напряжение второпс пропарцискалькодифференцирующего блока 9 и второго,выпрямителя 9 уменьшается дс куля,Это влечет зя собой формировакисна выходе элемента И 18 сигнала Предположим, что в момент времефни й полярность сигнала на входе 18Ь,изменилась на противоположную (фиг. Зй). Тогда, начиная с момецта времени й (фиг, Зб), релейный элемент 3 переключается импульсамн положительной полярности (моменты времени й-С). Поэтому траектория выходного сигнала интегратора 2 (фиг, За) пролегает вблизи "положительно" пброга переключения + В релейного элемента 3.В результате частота импульсовна выходе релейного элемента 3 возрастает без изменения постояннойвремени Т интегратора 2 и зоны не 1однозначности 1 В релейного элемента.З . Это способствует сохранениютребуемой степени помехоустойчивости, которая определяется параметрамиТ и В, а также позволяет уменьшитьпостоянную времени первого пропорционально-дифференцируюцего блока 8.Последнее оказывается возможным благодаря увеличению частоты импульсов ка выходе первого делителя 5 частоты (фиг. 3).Таким образом, обеспечение синхронирующего сигнала позволяет увеличить быстродействие диагностирования за счет уменьшения постоянной временипервого пропорционально-дифферекцирующего блока 8 и сохранить кеизмеккой помехоустойчивость, Таким образом, несмотря ка факт принудительного переключения релеи-" ного элемента 3, постоянная составляющая его выходных импульсов сохракяе 1 ся неизменной и пропорцискалькой. величине сигнала управления,Предположк, что в момент времени (фиг, 4) основной автоколебательный каскад оказался неработоспособным. Тогда независимо от причин неработоспособности выходкой сигнал интегратора 2 увелич,кается стре 13 мясь достигнуть эоны "насыщения . В момент времени й- (фиг. 4 а) на выходе кличевс го элемента 4 с зоной нечувствительности появляется импульс напряжения ,сЪи 1,ь) .о.окыи выпрямляется (хат. 4) ячплит-гда игняля ка вво е ик Ога "1 2 вы бирается такой. чтобы при его воз действии ка вход второго сгяматора 7 в дополнительном автоколебательком каскаде произошел бы срыв режкка автоколебаниям,Учитывая что релейные элементы 3 и 15 переходят в статическое состояние, сигналы ка выходе делителей 5 и б частоты также фиксируются по уровню (фиг, М 6). Это влечет за собой появление ка выходах первого и второго выпрямителей 11 и 12 сигнала логический О", В результате на выходе элемента И б формируется сигнал логическая 1", под действием которого ключ 17 размыкается,Предположим что неисправность возникает в тракте формирования сигнала синхронизацииВ этом случае сигнал ка выходе третьего гропорциокалько-дифференцирующего блока 1 О равен нулю, второй делитель б частоты переходит влогическая "1" и отключение выхода релейного элемента 3 от выхода 20.Таким образом, практически любая неисправность влечет за собой отключение релейного элемента 3 от выхо-. да 20. По сравнению. с устройством- прототипом в предложенном развертывающем операциОнном усилителе обеспечивается быстродействующее диагностирование неисправности.щр лр щв 4