Усилитель постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилительной технике для усиления сигналов постоянного тока. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности. Усилитель постоянного тока содержит модулятор 1, усилитель 2 переменного тока, демодулятор 3, фильтр 4 с регулируемой постоянной времени, фильтр 5 низкой частоты, генератор 6 опорных сигналов, формирователь 7 сигнала управления, формирователь 8 импульсов, блок 9 выборки - хранения, фазосдвигающую цепь 10, дополнительный формирователь 11 сигнала управления, дополнительный фильтр 12 с регулируемой постоянной времени, дополнительный фильтр 13 низкой частоты, дополнительный блок 14 выборки - хранения, дополнительный формирователь 15 импульсов, выходной сумматор 16. Цель достигается введением дифференцирующих блоков 17, 18 блока 19 сравнения, формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

/ РЕСПУБЛИК

Ф (5! ) 5 Н 03 F 3/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1487147 (21) 4744768/09 (22) 02.10.89 (46) 23.08.91, Бюл. М 31 (71) Казанский авиационный институт им, А,Н.Туполева (72) И.П.Жуйкова и О.В.Зубарев (53) 621.375 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1487147, кл. Н 03 F 3/38, 1987. (54) УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилительной технике для усиления сигналов постоянного тока. Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности. Усилитель постоянного тока содержит модулятор 1, усилитель

Изобретение относится к электронике и может исгользонатьсч в усилительной тех.нике для усиления сигналов постоянного тока.

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема усилителя постоянного тока; на фи . 2 — временные диаграммы работы усили геля постоянного тока, Усилитель постоянного тока содержит модулятор 1, усил»enb 2 переменного тока, демодулятор 3, фильтр 4 с регулируемой постоянной времени, фильтр 5 низкой частоты, генератор 6 опорных сигналов, рормирователь 7 сигнала управления, формирователь 8 импульсов, блок 9 выборкихранения, фазосдвигающую цепь 10, дополнительный формирователь 11 сигнала управления, дополнительный фильтр 12 с

„„Я „„1672553 А2

2 переменного тока, демодулятор 3, фильтр

4 с регулируемой постоянной времени, фильтр 5 низкой частоты. генератор 6 опорных сигналов, формирователь 7 сигнала управления, формирователь 8 импульсов, блок

9 выборки — хранения, фазосдвигающую цепь 10, дополнительный формирователь 11 сигнала управления, дополнительный фильтр 12 с регулируемой постоянной времени, дополнительный фильтр 13 низкой частоты, дополнительный блок 14 выборки— хранения, дополнительный формирователь

15 импульсов, выходной сумматор 16. Цель достигается введением дифференцирующих блоков 17, 18 блока 19 сравнения, фсрмирователя 20 сигнала уп равления генератором опорных сигналов. 2 ил. регулируемой посгоянной времени, допол. нительный фильтр 13 низкой частоты, дополнительный блок 14 выборки-хранения, дополнительный формирователь 15 импу,lbсов, выходной сумматор 16:, первый и второй дифференцирующие блоки 17 и 18, блок 19 сравнения, формирователь 20 сигнала управления генератором опорных сигналов.

На фиг. 2; а — напряжение управления демодулятора частотой 1дм, б — изменение постоянной времени фильтра с регулируемой постоянной времени (e первом канале); в — изменение постоянной времени дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во втором канале), г— напряжение полезного сигнала на входе усилителя постоянного тока, при эгом величина сдвига фаз h,ð между началом действия полезного сигнала и началом действия очередного полупериода сигнала частотой

1672 . 53

1дч в одном из каналов равна нулю (Al/l = О); д- напряжение на выходе фильтра с регулируемой постоянной времени (l! первом канале) (Al/! О): е -- напряжение на выходе блока выборки — хранения (в первом канале) (A!/l= 0); ж — напряжение на выходе дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во втором канале) (Ap = г 2); э — напряжение на выходе дополнительного блока выборки-хранения (во втором канале) (Al/T = т 2); и — напряжение сигнала на выходе выходного сумматора (Acp = О); к — напряжение полезного сигнала на входе усилителя постоянного То а, если ни в одном из каналов Alp= О; л напряжение на выходе фильтра с регулируемой постоянной времени (в первом vanaëå) (Л О, Лф= г ): м — напряжение На выходе блока выборки-хранения (в первом канале) (Лр/-О, Л р=- с); н — напряжение на выходе дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени (во второ л канале) (Ap f О, Ap =- а t ..-г, 2); и — напряжение на выходе дополнительного блока выооркихранения (во втором канале) (Al/i / О, Ар

= й+:т/2); р — напряжение си нала На выходе выходного сумматора (Лр =- n пеовый канал, Л р = o« ivi2 второй канал1.

Усилитель постоянного тока работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на модулятор 1 и модулирует по амплитуде сигнал несущей (модулируемой) частоты аду, подаваемый на модулятор 1 с генератора б.

Модулированный сигнал усиливается ус»лителем 2 переменного тока и поступает на демодулятор 3, упрзвпяемыи сигналом генератора 6 частотой демодугяц, «. где демодулируе1ся де1ектируется). Г1 роде модулированный сигнал пос-упаеT на два канала обработки полезно о сигнала.

Структурные и принципиальные гхеMbl обоих каналов одинаковы и состоят из фильтра

4 (12) с регулируемой постоянной времени, фильтра 5 (13) низкой частоты, формирователя 7 (11) сигнала управления, фоомирователя 8 (15) импульсов, блока 9 (14) выборки-хранения, С выхода детектора 3 промодулированный сигнал поступает на вход фильтра 4 с регулируемой посгояннои времени и вход допопнительного фильтра

12 с регулируемой постоянной времени. Генератор б управляет работои формирователя 7 сигнала управления, а через фазосдвигающую цепь 10 упраьпяет работой и дог1опнительного формирователя 11 сигнала управления. Фаэосдви ающая цепь

10 осуществляет сдвиг по фазе оси нала частоты гдгл генератора 6, пос1у«ающего на

/ 0

55 дополнительный формирователь 11 сигнала управления второго канала, на тб2 (r/ =- т/2 ). Сигналы управления с выхода формирователя 7 сигнала управления и с выхода дополнительного формирователя 11 сигнала управления соответственно управляют изменением постоянной времени фильтра 4 и дополнительного фильтра 12 синхронно с частотой Гдм в первом канале и со сдвигом на т 2 относительно частоты

Гдмгенератора 6 во втором канале.

Изменение посloRHHQA времени фильтроп 4 (12) с регулируемой постоянной времени происходит по монотонному закону, а именно в начале каждого полупериода часToTl1 Гдм постоянная времени фильтра 4 устанавливаетс» равной минимальной величине i„çalем производится увеличение пocTowlno!1 яре лени фильтра 4 до величины Г< > Ai /l (т/? Гдрл), О < т - 1/2 t/llvi, Далее сигнал соответственно nor-.тупает на фильтр 5 низкой частоты и дополнительный фильтр 13 низко« «acToT!,i с постоянной времени фильтров низкои частоть, I;l,H < для выделения усипенного сигнала, пропорционального входному (см. фиг. 2д, ж или и, н).

;vloHoToHHoo напряжение сигнала управления с формирователя 7 сигHaëà управления и с допопнительно о формирователя 11 сигна ia управлени пос гупает соответс гвен но так же на формирователи 8 и 15 импульсов, i де формируются стробирующие импульсы длительностью 1/4, дм для управления работой блоков 4. 14 выборки-хранения. : робирующие импульсы сдвинуты относи1-:. но начала ка;кдого полупериода ч1сто ч f g1 с генератора 6 в первом канале на время 1/4(дм «синхронно н;;чинающиеся с

".аждым полупериодом частоты t;i>1 во вгором канале, т.е, стробирующие импульсы в первом канале сдвинуты о1носительно ВТорого канала на время 1/4Гдг1 т,е. между ними 1меется фазовый сдвиг, равный р =- лб2 (см. фиг. 2 б, v). Это, в свою очередь, приводит к тому. что, когда блок 8 выборкихранения работает в режиме выборки, дополнительный блок 14 выбооки-хранения работает в режиме храНе.ния, и наоборот, С;,,ви по Чазе l/! =лУ2 сигнала с частотой

1дц генератора 6, поступающего на формипователь 11 сигнала управления второго каlaila. обеспечивает такой ре ким работы, при Koòopом 1ри мviнимальной cTanеHи подавления помех в одном иэ фильтров 4 (12) ре улиоуемой постоянной времени стеlGHb подавления помех другим фильтром 12 (4) с регулируеклой постоянной г ремени максимальна, Г!оочередная работа в режиме .-ыборки: лохов " ll4 выборки-хранения с

1672553

20 последующим сложением выходных сигналов с блоков 9, 14 выборки-хранения выходном сумматоре 1б позволяет воспроизводить усиленный полезный сигнал на выходе выходного сумматора 16 непрерывно во времени. С выхода выходного сумматора 16 усиленный и отфильтрованный полезный сигнал поступает на вход первого дифференцирующего блока 17, Продифференцированный по времени сигнал с выхода первого дифференцирующего блока 17 поступает на блок 19 сравнения. Этот продифференцированный сигнал воспроизводит информацию о скорости нарастания на выходе выходного сумматора 16 полезного усиленного сигнала Uc.усил. 00с.усил,/dt, чем больше скорость нарастания, тем быстрее устанавливается напряжение на выходе усилителя, С другой стороны, время установления напряжения на выходе усилителя определяется постоянной времени Т усилителя, а по постоянной времени усилителя можно судить об относительной динамической погрешности усилителя: дд — — — едр (— — )

Каждой определенной величине б0с,усдл./dt соответствует определенная постоянная времени усилителя T. В свою Очередь, постоянная времени усилите я определяет динамические возможности устройства дд, а минимэльнэЯ величина дд,.„, соответствует определенной геличине фазовых соотношений Ар между началом действия полезного сигнала и сигнала частотой AM.

Минимальная величина ддмин устройства будет тогда, когда сдви фээ hp между началом действия очередного полупериода сигнала частотой fqM сигналом управления с формирователя 7 сигнала управления первого канала рэвен нулю, а сдвиг фаз

hp между началом действия очередного полупериода сигнала частотой AM и сигналом управления С формирователя 11 сигнала управления второго канала равен л/2.

Частоту управления каналами AM вырабатывает генератор 6 опорных си йВлов.

Первый дифференцирующий блок 17 осуществляет обработку полезного сигнала в каждый момент времени to в определенной полосе частот, эта полоса частот задается заранее схем ным решением дифференцирующего бло. э. Ограничение полосы пропускания диффепенцирующего блока необходимо для уменьшения влияния помех. В блоке 19 сравнения происходит оценка величины производной выходного усиленного сигнала d0c.ycva /с1t Оценка

dUc у ил Idt производится в сравнении с ве25

55 личиной производной по времени выходного сигнала демодулятора 3 б0с.дем./dt. Дифференцирование по времени выходного сигнала демодулятора 3 осуществляет второй дифференцирующий блок 18, Сигнал на выходе второго дифференцирующего блока

18 воспроизводит информацию о скорости нарастания входного полезного сигнала.

Как и первый дифференцирующий блок 17, второй дифференцирующий блок 18 осуществляет обработку полезного сигнала в определенной полосе частот. совпадающей с полосой частот первого дифференцирующего блока 17. Постоянная времени усилителя (выход выходного сумматора 16) определяется в основном постоянной времени фильтра 5 (13) низкой частоты и постоянной времени фильтра 4 (12). Постоянная времени цепочки модулятор 1 — усилитель 2 переменного напряжения — демодулятор 3, которая входит в состав усилителя, много меньше постоянной времени усилителя, поэтому

dUc дем./dt > dUc.óñèë./dt

Если б0с.усил./dt < dUc.äåì/dt, т.е. величина дд > дд„„,, на выходе блока 19 сравнения вырабатывается сигнал ошибки. Величина сигнала ошибки заключает в себе информаци о о степени превышения .". 0с.усил./dt над

00с.дем./dt. По информации о величине сигнала ошибки в формирователе 20 формируется управляющее напряжение для генератора 6 опорных сигналов. Сигнал управления с формирователя 20 —,àê влияет на генератор б опорных сигналов, что фазовые соотношения h pме,жду началом действия пОЛЕЗНОГОСИГНаЛа ЧаСтОтсй AM КаррЕКтИруются таким образом, что значение величины

dUc.усил.!dt уМЕНЬШавтСя. ТЕМ СаМЫМ УМЕНЬшается и величина относительной динамической погрешности. Достижение наименьшего значения величиной ïðe3 и наибольшего величиной dUc.ycèë /dt устройства означает. что в Одном из каналов сдвиг фаэ между началом ДействиЯ г олезного сигнала Uc u очередным полупериодом сигнала частотой

AM равен нулю, Относительная динамическая погрешность дд и этого канала будет минимально возможной для усилитвля, а усиленный полезный сигнал воспроизводится при этом на выходе ФНЧ 5 (13) соответствующего канала (выход 1 или выход 2).

Таким образом в устройстве предлагается 3 выхода; выход выходного сумматсра 1б— общий выход устройства, использование этогс выхода обеспечивает непрерывное воспроизведение усиленного полезного сигнала при минимальном значении относительной динамической погрешности

1672553 дд равд для двухканального усилителя, выход ФНЧ 5 и выход ФНЧ13 являются выходом 1 и выходом 2, использование этих выходов обеспечивает воспроизведение сигнала с минимально возможной величиной относительной динамической погрешности для одноканального усилителя, В качестве формирователя 20 сигнала управления генератора опорных сигналов может быть использована ИС 155АГЗ. На каждый перепад напряжения на выходе компаратора, выполняющего роль блока 19 сравнивания, на выходе ИС 155АГЗ воспроизводится импульс управления заданной длительности. Импульс управления с выхода формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов подается на генератор 6 опорных сигналов. С приходом каждого импульса управления генератор 6 опорных сигналов возобновляет генерацию частоты fpM, при этом сдвиг фаз между началом генерации генератора 6 опорных сигналов (частота fpv! и импульсом управления с формирователя 20 сигнала управления генератором опорных сигналов будет равен нулю. Импульсы управления с формирователя 20 сигналов управления генератором опорных сигналов до тех пор будут "под5 страивать" начало генерации частоты fpM генератором 6 опорных сигналов, пока будет перепад напряжения на выходе компаратора (выход блока 19 сравнения).

10 Формула изобретения

Усилитель постоянного тока по авт. св.

М1487147,отлича ющийся тем,что, с целью уменьшения динамической погрешности, введены первый и второй диф15 ференцирующие блоки, блок сравнения, формирователь сигнала управления генератором опорных сигналов, при этом выходы выходного сумматора и демодулятора через соответственно первый и второй дифферен20 цирующие блоки соединены с входами блока сравнения, выход которого через формирователь сигнала управления генератором опорных сигналов подключен к входу управления генератора опорных сигналов.

1672553 а

Р

0 г

Составитель. И.Водяхина

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор О,Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.! агарина, 101

Заказ 284б Тираж 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5