Триканальний мажоритарний аналоговий підсилювач з резервованим зворотним зв’язком

Реферат: Триканальний мажоритарний аналоговий підсилювач з резервованим зворотним зв'язком належить до автоматики і контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний в резервованих системах керування. Підсилювач містить в кожному каналі операційний підсилювач, вхід якого з'єднаний зі спільною точкою послідовно включених резистора зворотного зв'язку і вхідного резистора, підключеного до вхідної шини, причому вихід операційного підсилювача підключений до відповідних входів мажоритарних блоків позитивної і негативної полярності, спільна точка яких підключена через послідовно з'єднані навантаження і масштабний резистор до спільної шини двополярного джерела живлення, до позитивної і негативної шин якого підключені відповідні мажоритарні блоки, масштабний резистор складається з трьох послідовно включених n раз дубльованих резисторів, паралельно кожному з яких підключені входи диференціального підсилювача, вихід якого через резистор зворотного зв'язку з'єднано зі входом відповідного операційного підсилювача. Технічним результатом є підвищення надійності і точності мажоритарного елемента. UA 103235 C2 (12) UA 103235 C2 UA 103235 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до автоматики і контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний в резервованих системах керування. Відомий триканальний мажоритарний елемент, що містить у кожному каналі операційний підсилювач, вхід якого з'єднаний зі спільною точкою двох послідовно включених резисторів, один із яких підключений до вхідної шини, а інший - до елемента навантаження, мажоритарний блок негативної полярності, що містить шість ключових елементів, виконаних на транзисторах типу n-p-n і з'єднаних послідовно-попарно, при цьому в кожному ключовому елементі база транзистора підключена до спільної точки резистивного дільника, що складається з двох резисторів, один із яких з'єднаний з емітером, а інший - з виходом операційного підсилювача, причому вихід першого операційного підсилювача підключений до входів третього і шостого ключових елементів, вихід другого операційного підсилювача - до входів першого і четвертого ключових елементів, вихід третього операційного підсилювача - до входів другого і п'ятого ключових елементів, колектори транзисторів другого, четвертого і шостого ключових елементів через резистори підключені до джерела живлення, емітери транзисторів першого, третього і п'ятого ключових елементів підключені до спільної шини через два послідовно з'єднаних резистори, спільна точка яких з'єднана з резисторами, підключеними до входів операційних підсилювачів, крім того триканальний мажоритарний елемент містить блок позитивної полярності, виконаний на транзисторах p-n-p типу, аналогічний негативному мажоритарному блоку (Авторське посвідчення СРСР № 843244 кл. Н03K 19/23, 1981). Недоліком відомого пристрою є обмежений діапазон вихідного параметра, визначуваний значенням вихідної напруги операційного підсилювача й опором резисторів у ключових елементах, що значно скорочує зону застосування даного пристрою. При цьому транзистори в мажоритарних блоках зазначеного пристрою працюють у реверсивному включенні з коефіцієнтом підсилення менше одиниці, що і приводить до обмеження діапазону роботи і зменшення надійності пристрою в цілому, тому що при будь-якому відмовленні вихідний параметр змінюється на третину. Найбільш близький по технічній суті є триканальний мажоритарний елемент, що містить у кожному каналі операційний підсилювач, вхід якого з'єднаний зі спільною точкою двох послідовно включених резисторів, один із яких підключений до вхідної шини, а інший - до елемента навантаження, два мажоритарних блоки позитивної і негативної полярності, кожен з яких містить шість ключових елементів, виконаних на транзисторах p-n-p типу в мажоритарному блоці позитивної полярності і n-p-n типу в мажоритарному блоці негативної полярності, з'єднаних послідовно-попарно, причому в кожному ключовому елементі база транзистора підключена до спільною точки резистивного дільника, що складається з двох резисторів, один із яких з'єднаний з емітером, а інший - зі входом ключового елемента, при цьому виходи першого, другого, третього операційних підсилювачів підключені відповідно до входів третього, першого, п'ятого ключових елементів мажоритарних блоків негативної і позитивної полярності, причому другий, четвертий і шостий ключові елементи обох мажоритарних блоків підключені через резистори до джерела живлення, а перший, третій і п'ятий ключові елементи обох мажоритарних блоків підключені до спільної шини через послідовно з'єднані навантаження і резистор, спільна точка яких підключена до входів операційних підсилювачів, емітери транзисторів другого, четвертого і шостого ключових елементів обох блоків з'єднані з резисторами, підключеними до шин живлення, їхні колектори з'єднані з емітерами першого, третього і п'ятого ключових елементів, а входи підключені відповідно до баз п'ятого, першого і третього ключових елементів відповідно, колектори яких підключені до навантаження (Патент України № 91877 кл. Н03K 19/23, G06F 11/00, 2010). Цей пристрій, у порівнянні з попереднім, дозволяє розширити функціональні можливості мажоритарного елемента і підвищити його надійність. Недоліком даного пристрою є те, що при відмові масштабного резистора, якщо він складається з одного резистора, пристрій виходить з ладу повністю, якщо ж він дубльований, то змінюється вихідний параметр на 1/n·100 %, де n - коефіцієнт дублювання, що знижує надійність і точність пристрою в цілому. Задача винаходу - підвищення надійності і точності. Поставлена задача вирішується тим, що в триканальному мажоритарному аналоговому підсилювачі з резервованим зворотним зв'язком, що містить у кожному каналі операційний підсилювач, вхід якого з'єднаний зі спільною точкою послідовно включених резистора зворотного зв'язку і вхідного резистора підключеного до вхідної шини, причому вихід операційного підсилювача підключений до відповідних входів мажоритарних блоків позитивної і негативної полярності, спільна точка яких підключена через послідовно з'єднані навантаження і масштабний резистор до спільної шини двополярного джерела живлення, до позитивної і 1 UA 103235 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 негативної шин якого підключені відповідні мажоритарні блоки, масштабний резистор складається з трьох послідовно включених n раз дубльованих резисторів, паралельно кожному з яких підключені входи диференціального підсилювача, вихід якого через резистор зворотного зв'язку зв'язаний зі входом відповідного операційного підсилювача. На кресленні представлена функціональна схема пристрою. Триканальний мажоритарний аналоговий підсилювач з резервованим зворотним зв'язком, містить в кожному каналі операційні підсилювачі 1-3, входи яких підключені до відповідних вхідних резисторів 4-6 підключених до вхідних шин Uвх1-Uвх3, виходи операційних підсилювачів 1-3 підключені до відповідних входів мажоритарних блоків позитивної 7 і негативної полярності 8, спільна точка яких підключена через послідовно з'єднані навантаження 9 і масштабний резистор 10 до спільної шини двополярного джерела живлення, до позитивної і негативної шин якого підключені відповідні мажоритарні блоки 7, 8, масштабний резистор 10 складається з трьох послідовно включених n раз дубльованих резисторів 11-13, паралельно кожному з яких підключені входи диференціальних підсилювачів 14-16, виходи яких через відповідні резистори зворотного зв'язку 17-19 сполучені з відповідними входами операційних підсилювачів 1-3. Пристрій працює таким чином. Після включення джерел живлення на виході пристрою встановлюється середній з трьох заданих вихідних струмів. Кожен канал пристрою має незалежний ланцюг зворотного зв'язку: диференціальні підсилювачі 14-16, масштабний резистор 10, резистори зворотного зв'язку 17-19. Причому масштабний резистор 10 складається з трьох резисторів 11-13 продубльованих паралельним включенням декількох резисторів. При нормальній роботі, напруга на резисторах 11-13 приблизно рівні за значенням, отже напруги на виходах диференціальних підсилювачів 14-16 теж приблизно однакові. Із-за розбіжності параметрів резисторів 4-6 і 17-19, а також різних значень напруг зсуву операційних підсилювачів 1-3, на їх виходах встановлюється три стани: максимально позитивна напруга, максимально негативна напруга і напруга управління відповідна заданій вхідній напрузі. Мажоритарні блоки 7 і 8 виділяють з цих напруг тільки останню і подають її на навантаження 9, тим самим замкнувши негативний зворотний зв'язок по струму. При виникненні несправності в якому-небудь каналі негативний зворотний зв'язок по вихідному параметру розмикається, це приводить до того, що на виході операційного підсилювача даного каналу з'явиться одна з максимальних напруг (позитивна або негативна), при цьому негативні зворотні зв'язки в інших каналах встановлять на виходах операційних підсилювачів такі значення напруги, які компенсуватимуть зміну в каналі, котрий відмовив, що забезпечить незмінність вихідного струму, в межах допусків регулювання кожного з каналів, тобто точність вихідного струму залишається незмінною. Відмова або зміна значення опору одного з масштабних резисторів (обрив одного з дублюючих резисторів) приводить до зміни вхідної і отже вихідної напруги диференціального підсилювача, а також появи максимальної позитивної або негативної напруги на виході операційного підсилювача цього каналу, при цьому зворотні зв'язки в інших каналах забезпечують відповідність вихідного струму напрузі управління зі встановленою точністю. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 Триканальний мажоритарний аналоговий підсилювач з резервованим зворотним зв'язком, що містить в кожному каналі операційний підсилювач, вхід якого з'єднаний зі спільною точкою послідовно включених резистора зворотного зв'язку і вхідного резистора, підключеного до вхідної шини, причому вихід операційного підсилювача підключений до відповідних входів мажоритарних блоків позитивної і негативної полярності, спільна точка яких підключена через послідовно з'єднані навантаження і масштабний резистор до спільної шини двополярного джерела живлення, до позитивної і негативної шин якого підключені відповідні мажоритарні блоки, який відрізняється тим, що масштабний резистор складається з трьох послідовно включених n раз дубльованих резисторів, паралельно кожному з яких підключені входи диференціальних підсилювачів, вихід кожного з яких через резистор зворотного зв'язку зв'язаний зі входом відповідного операційного підсилювача. 2 UA 103235 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3