SU802971A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Description

(54) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относитс  к аналоговой вычислительной технике и может быть примененй при проектировании преобразователей дл  получени  нелинейных соотношений между входными и выходными сигналами. Известны функциональные преобразо ватели, реализованные на операционно усилителе с выходным резистором и не линейной цепью обратной св зи Эти функциональные преобразователи характеризуютс  недостаточным быстродействием и ограниченной областью применени . Наиболее близким к изобретению  вл етс  преобразователь, содержащий операционный усилитель, вход которого через входной масштабный резистор соединен с входом устройства и через нелинейный элемент - с выходом операционного усилител , последовательно соединенные масштабные резисторы обратной св зи, включенные между выходом и входом операционного усилител , .и сглаживающий конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала 2. Однако малое быстродействие этого преобразовател  вызвано длительным переходным процессом усилител  из-за инертных звеньев линейной цепи обратной св зи посто нного тока усилител . Полное исключение указанной цепи обыкновенно невозможно, во-первых , потому, что нелинейна  цепь может не обеспечить требуемую обратную св зь по посто нному току, необходимую дл  стабилизации режима самого усилител , во-вторых, во многих случа х функциональные преобразователи предназначены дл  работы преимущественно на переменных токах выше, например , нескольких дес тков герц, и в таком случае желательно заградить нелинейную цепь обратной св зи от дрейфа усилител  вообще конденсатором . Уменьшение посто нной времени указанной цепи недопустимо из-за потери коэффициента усилени  на нижних частотах. Дл  надлежащей работы функционального преобразовател  необходимо , с одной стороны, чтобы усилитель имел высокий коэффициент усилени  во всей рабочей полосе частот, а с другой стороны, преобразователь должен быстро среагировать на изменени  преобразуемых сигналов, особенно , когда они используютс  в сие темах автоматического контрол .

Цель изобретени  - повышение быстродействи  преобразовани .

Достигаетс  это тем, что в устройство введен дополнительный операционный усилитель, между входом и выходом которого включены дополнительные последовательно соединенные масштабные резисторы обратной св зи, общий вывод которЕЛХ подключен к другой обкладке сглаживающего конденсатора, и дополнительные сглаживающие конденсаторы , включенные соответственно между входом и выходом дополнительного операционного усилител  и общим выводом масштабных резисторов обратной св зи основного операционного усилител .

Блок-схема преобразовател  приведена на чертеже.

Входна  клемма 1 присоединена через входной масштабный резистор 2 к инвертирующему входу операционного усилител  3, выход которого присоединен через нелинейный элемент 4 и через последовательно включенные масштабные резисторы обратной св зи 5 и б к инвертирующему входу операционного усилител  3. Обща  точка масштаных резисторов обратной св зи 5 и б присоединена через сглаживающий конденсатор 7 к инвертирующему входу и через сглаживающий конденсатор 8 - к выходу дополнительного операционного усилител  9, выход которого присоединен к его же инвертирующему входу через последовательно включенные масштабные резисторы обратной св зи 10 и 11, причем их обща  точка присоединена через сглаживающий конденсатор 12 к шине 13 первого потенциала .

Работает преобразователь сдедующим образом. Поступающее на клеммы 1 и 13 преобразуемое напр жение прилагаетс  к входному масштабному резистору 2 и создает в нем ток, равный отношению приложенного напр жени  к сопротивлению входного масштабного резистора 2. Созданный в резисторе 2 ток течет через нелинейный элемент 4 на выход операционного усилител  3, Ток сигнала не ответвл етс  в резистор 6 на входе усилител  3, потому что из-за отрицательной обратной св зи на инвертирующем входе усилител  3 имеетс  напр жение близкое к нулю, напр жение близкое к нулю имеетс  также в общем выводе резисторов 5 и 6 из-за вли ни  усилител  9, охваченного цепью отрицательной обратной св зи. Усилитель 9 в предложенно включении приводит к по влению трех полюсов в системе преобразовател , и если указанные полюсы выбраны надлежащим образом, то в рабочей полосе частот преобразовател  коэффициент усилени  не уменьшаетс . Следовательно не уменьшаетс  также точность преобразовани , так как не

уменьшаетс  глубина обратной св зи. Однако из-за действи  трех полюсов коэффициент усилени  на частотах ниже рабочей полосы частот подает со скоростью 60 дБ в декаду. По теореме квантовани  врем  установлени  системы, св занное с граничной частотой , обратно пропорционально и повышение граничной частоты приводит к уменьшению времени установлени , т.е. к повышению быстродействи .

Достижение цели предполагаемого устройства объ сн етс  тем, что благодар  наличию трех полюсов вместо одного, гранична  частота при той же нижней рабочей частоте будет существенно выше. Например, при требуемой глубине обратной св зи 1000 в нелинейной цепи повышение граничной частоты составл ет примерно -100 так как в 100 раз быстрее будет убывать коэффициент усилени  усилител  3. Соответственно будет уменьшатьс  и врем  установлени  усилител  3 и будет повышатьс  быстродействие преобразовател . Заметим, что при выборе достаточно большого сопротивлени  резистора 5, дополнительным операционным усилителем б почти не измен ют режим работы преобразовател  на высших частотах. Наличие усилител  9 совместно с дополнительныма резисторами 10, 11 и конденсаторами 7, 8 и 12 также не приводит к потере устойчивости системы, если она сама была устойчивой.

Использование дополнительного усилител  совместно с двум  резисторами и конденсаторами полезно еще тем, что дл  обеспечени  требуемого уменьшени  усилени  на нижних частотах, вместо громоздких дорогих конденсаторов большой емкости может быть использован интегральный усилитель, режим работы которого также стабилизирован на посто нном токе стопроцентной автономной обратной св зи. Так как в предложенном включений уменьшаютс  также емкости требуемых конденсаторов,вс  часть дополнительнго усилител  может быть реализована миниатюрном исполнении. Повышение быстродействи  функционального преобразовател  при отсутствии надобности в пр мой св зи позвол ет выполнить функциональное преобразование без вли ни  дрейфа усилител  и тем самым повысить точность при обработке малых сигналов, а также чувствительность преобраз.овател .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Функциональный преобразователь, содержащий операционный усилитель, вход которого через входной масштабный резистор соединен с входом устройства и через нелинейный элемент с выходом операционного усилител , последовательно соединенные масштабные резисторы обратной св зи, включенные между выходом и входом операционного усилител  и сглаживающий конденсатор, одна обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , в устройство введен дополнительный операционный усилитель, между входом и выходом которого включены дополнительные последовательно соединенные масштабные резисторы обратной св зи, общий вывод которых подключен к другой обкладке сглаживающего конденсатора, и дополнительные сглаживающие конденсаторы, включенные соответственно между входом и выходом дополнительного операционного усилител  и общим выводом масштабных резисторов обратной св зи основного операционного усилител .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 513363, кл. G 06 G 7/26, 1973,
2. 2. Патент США 3566145, кл, 307-235, опублик. 1971 (прототип).

   D

   д

   Ф 7

   t

   ю

   -рX/J