Развертывающий операционный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХсоцИАлистичвиихРЕСПУБЛИН 51 С 06 С 7/ РЕТЕНИЯ Н АВТО УС ЕЛЬСТВУ У 25Н,Кириллова и итехнический ино комсомола и . твенный территоо проектированиюиятий видетельство СССР 6 712, 1978. етельство СССР С 7/12, 1977. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ОПИСАНИЕ(71) Челябинский пститут им. ЛенинскЛатвийский государриальный институтпромышленных предп(54) (57) РАЗВЕРТЫВАЮЩИЙ ОПЕРАЦИОННЫЙУСИЛИТЕЛЬ, содержащий соединенныепоследовательно интегратор и первыйсумматор, к второму входу которогоподключен выход амплитудного модулятора, соединенные последовательно второй сумматор и релейный элемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя,третий и четвертый сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности,причем первый вход четвертого сумматора является первым входом развертывающего операционного усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности в него введены операционный усилитель, масштабный резистор, функциональйый преобразователь и фазоинвертор 1 причем .выход первого сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом амлитудного модулятора, с входом интегратора и через масштабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, выход интегратора соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход третьего сумматора подключен к выходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторым . входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.116 бИзобретение относится к усилительным устройствам с широтно-импульсным преобразованием сигналов и может бытьиспользовано в аналоговьм вычислительных машинах., 5Известея развертывающий операционный усилитель, содержащий операционный усилитель, релейный элемент, однонибратор,. фазоинвертор, ключи, интегрирующий конденсатор и масштабныйрезистор 1Недостатком такого устройства янляется низкая точность работыНаиболее близким к предложенномуявляется развертывающий операционныйусилитель, содержащий соединенныепоследовательно первый сумматор, первый интегратор, второй сумматор, первый релейный элемент, третий сумматор, нторой интегратор, четвертый 0сумматор, второй релейный элемент,выход которого подключен к второму входу третьего сумматора, выходпервого релейного элемента соединенс первым входом первого сумматора,второй вход которого является входом устройства и подключен к входувыпрямителя, выход которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, второй вход которого под" 30ключен к выходу первого релейногоэлемента, выход амплитудного модулятора подключен к вторым входамвторого и четвертого сумматоров 2.Однако известный развертывающий З 5усилитель характеризуется относительно низкой точностью работы.Целью изобретения является повышение точности работы. усилителя.Поставленная цель достигается 40тем, что в развертывающий операционный усилитель, содержащий соединенные последовательно интегратор ипервый сумматор, к второму входу ко"торого подключен выход амплитудного 45модулятора, соединенные последова. тельно второй сумматор и релейныйэлемент, выход которого является выходом развертывающего операционного усилителя, третий и четвертый 50сумматоры, выпрямитель с зоной нечувствительности, первый вход четвертого сумматора является первымвходом развертывающего операционного усилителя, введены операционный 55усилитель, масштабный резистор,функциональный преобразователь ифазоинвертор, причем выход первого 142 2сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого соединен с пер-вым входом амплитудного модулятора, с нходом интегратора и через мас- штабный резистор подключен к третьему входу первого сумматора, вьмод интегратора соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, вьмод третьего сумматора подключен к нходу выпрямителя с зоной нечувствительности, выход которого че" рез функциональный преобразователь соединен с вторым входом четверто. го сумматора, выход которого подключен к второму входу амплитудного модулятора, выход второго сумматора через фазоинвертор соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход второго сумматора является вторым входом развертывающего операционного усилителя.На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного развертывающего операционного усилителя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы сигналов.На схеме (фиг.1) обозначены ин.тегратор 1, операционныйусилитель 2, масштабный резистор 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 сумматоры, амплитудный модулятор 8, функциональный преобразователь 9, выпрямитель 10 с зоной нечувствительности, фазоинвертор 11, релейный элемент 12, первый 13 и второй 14 входы и выход 15.Развертывающий операционный усилитель работает следующим образом.Операционный усилитель 2 и масштабный резистор Э в совокупности образуют релейный элемент с симмет-, ричными относительно нулевого уровня порогами переключения + В. Начальная величина порогов переключения определяется масштабным резистором 3. Выходной сигнал операционного усилителя 2 неизменен по модулю амплитуды и меняется только М) знаку в пределах, определяемых напряжением источника питания.Интегратор 1, операционный усилитель 2, масштабный резистор 3 и первый сумматор 4 образуют каскад, работающий в режиме устойчивых автоколебаний, который выполняет функции генератора несущих колебаний.пропорциональный величине управля-, ющего сигнала (фиг.2,6), но инвертированный по знаку.Введение третьего сумматора 6 и фазоинмертора 11 необходимо для того, чтобы сохранить неизменной величину входного сопротивления.Выпрямитель 10 с зоной нечувствительности имеет зону нечувствительности + С (фиг.2,к ). До тех пор, пока выходной сигнал третьего сумматора 6 (или управляющий сигнал с второго входа 14) находится в зоне нечувствительности, коэффициент усиления развертывающего операционного усилителя определяется амплитудой выходного напряжения интегратора 1 (фиг.2 а) или амплитудой пилообразной составляющей выходного сигнала второго сумматора 5 (фиг.2 г) при условии, что он осуществляет,не только функции сумматора, но и усилителя. Полоса пропускания развертывающего операционного усилителя при этом определяется частотой авто- колебаний автоколебательного каскада и соответствует ее 507-ному значению.Сигнал на выходе амплитудного модулятора 8 повторяет форму выходного сигнала операционного усилителя 2 фиг.2,ц) и синфазен по отношению к его входному сигналу (Фиг,2 б). Амплитуда импульсов на выходе амплитудного модулятора 8 пропорциональна уровню сигнала на выходе червертого сумматора 7. Таким образом, пока сигнал на выходе выпрямителя 10 равен нулю, импульсы на выходе амплитудного модулятора 8 отсутствуют, и пороги переключения операционного. усилителя 2 (частота автоколебаний) определяется 25 ЗО параметрами контура положительной обратной связи операционного усили 45,теля 2.: Функциональный преобразователь 9 определяет закон изменения коэффициента усиления и полосы пропускания развертывающего операционного усилителя в функции управляющего сигнала. Например функциональный преобразователь 9 может выполнять функции квадратичного, обратно пропорционального и других законов управления и быть реализованным на основе диодно-резистор- . ных функциональных преобразователей.Зона + С выпрямителя 10 опрецеляет тот уровень управляющего сигнала,з 1166142 4При отрицательной полярности выходного сигнала операционного усилителя 2 (фиг.2,а) сигнал на выходеинтегратора 1 нарастает до тех пор,пока не достигнет уровня положитель- Вного порога переключения. В этомслучае происходит изменение знакавыходного сигнала операционного усилителя 2 и уменьшение амплитуды выходного сигнала интегратора 1 до 1 Омомента времени очередного переключения операционного усилителя 2 Вдальнейшем процесс. периодически повторяется. Выходной пилообразный сигнал интегратора 1 служит для управлевия моментами переключения релейного элемента 12 и преобразованияуправляющего сигнала, подаваемогона второй вход 14, в широтно-импульсный сигнал с постоянной частотой 20следования импульсов и скважностью ,зависящей от уровня управляющегосигнала.Второй сумматор 5 служит для суммирования выходного напряжения интег"ратора 1 с напряжением с второговхода 14,Релейнцй элемент 12 имеет нулевоезначение порогов переключения. Еговыходной сигнал может дискретно меняться в пределах, определяемых напряжением питания.Под действием управляющего сигнала (фиг.2,3) происходит "вертикальное" смещение пилообразного напряже- Зния на выходе второго сумматора 5(фиг.2, 1), что приводит к изменениюскважности импульсов на выходе 15(фиг.2,), постоянная составляющаякоторьц пропорциональна величине управляющего сигнала (фиг.2, 5),С помощью фазоинвертора 11 выходной сигнал второго сумматора 5Тфиг. 21) инвертируется (фиг.2 е).иподается на вход третьего сумматора 6.В третьем сумматоре 6 происходит, суммирование выходных сигналов ин-тегратора 1 (фиг.7,а) и фазоинвертора 11 (Фиг.2;е). КоэФфициенты переда чи третьего сумматора 6 по отношениюк его входным сигналам выбираютсятаким образом, чтобы за счет выходного сигнала интегратора 1 подавитьпилообразные пульсации выходного5напряжения фазоинвертора 11, В результате на выходе третьего сумматора 6 формируется сигнал (фиг.2,),5 11 бб 14 начиная с которого осуществляется одновременное изменение коэффициен, та усиления и полосы пропускания развертывающего операционного усилителяВ общем случае пороги + С могут быть несимметричными относительно нулевого уровня.Нредлоложим, что в момент времени 10 (фиг.3,) управляющий сигнал (сигнал на выходе сумматора: 6) превы 1 О сил зону нечувствительности. Тогда на выходе сумматора 7, а также Функционального преобразователя 9 появляется аналогичный сигнал, который преобразуется амплитудным модуля тором 8 в импульсы со,средним нулевым значением. Выходные импульсы амплитудного модулятора 8 суммируют, ся выходными импульсами контура положительной обратной связи операцион О ного усилителя 2, в результате чего происходит увеличение порогов переключения автоколебательного каскада (фиг.З,а), Это приводит к уменьшению частоты автоколебаний и рос- д ту амплитуды выходного пилообразного напряжения 1. Одновременно увеличивается амплитуда "пыли" на вы 2 бходе сумматора 5 (фиг.3,5). Изменение частоты автоколебаннй влечет эасобой изменение его полосы равномерного пропускания частот. Кроме того, меняется соотношение амплитудыпилообразного напряжения и постоянной составляющей: на выходе сумматора 5, что влечет эа собой изменение скважности импульсов на выходе 15 (фиг.Зг), т.е. изменяется егокоэффициент передачи (усиления), Спомощью корректирующего сигнала спервого входа 13, подаваемого навход сумматора 7, можно осуществ.члять коррекцию полосы пропусканияи коэффициента усиления развертывающего операционного усилителя. Таким образом, по сравнению с известным предположенный разверты-. вающий операционный усилитель обладает более высокой точностью работы за счет активной компенсации пилообразных пульсаций сигнала, выделения полезного сигнала без применения инерционных фильтров,. обеспечения постоянства величины входного сопротивления/5 а Филиал ППП "Патент", г. Ужго , ул. Проектная,род Заказ 4312/45 . Тир ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 710омитета СССРоткрытийкая наб., д.