Устройство для измерения коэффициента усиления операционных усилителей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (дц 4 С 01 R 31/28 13, 13

ЫБЛР ; ÃÅÊA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044658/24-21 (22) 28.03.86 (46) 15. 12.87. Бюл. И 46 (72) А.В.Аветисян (53) 62 1.317.799 (088.8) (56) Достал И. Операционные усилители. М.: Мир, 1982.

Кэлкинс. Динамический способ проверки операционных усилителей с использованием синхронного детектора.

Электроника., 1968, В 16. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

„„SU„, 1359763 А 1 (57) Изобретение служит для повышения точности измерения больших значений коэффициента усиления. Устройство содержит масштабные резисторы 1 и 2, Р источник 4 опорного напряжения, Т-триггер 5, генератор 6, модулятор

8, одновибратор 10, измеритель 11 постоянного напряжения, усилитель 13 переменного тока и синхронный детектор 16. Введение вспомогательного усилителя 7, Т-триггера 9, полосового и двухканального фильтров 12 и 14, усилителя 15 переменного тока улучшает отношение сигнал/шум в измерительном тракте. 1 ил. 1 s.ï. ф-лы.

Us) ix()y

Us)(где Us амплитуда сигнала, Us „о — амплитуда сигнала

4ф

V»«0 (t)

Величина Ц „ определяется по результату измерения амплитуды U„ выходного сигнала вспомогательного уси.лителя 7 (27

1 13597

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аппаратуре контроля и измерения параметров операци5 онных усилителей (ОУ) .

Цель изобретения — повышение точности измерения больших значений коэффициента усиления операционных усилителей за счет улучшения отноше- 1р ния сигнал/шум в измерительном тракте.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит масштабные ре- 15 зисторы 1 и 2, испытуемый операционный усилитель (ОУ) 3, источник 4 опорного напряжения, первый Т-триггер

5, генератор 6, вспомогательный усилитель 7, модулятор 8, второй

Т-триггер 9, одновибратор 10, измеритель 11 постоянного напряжения, полосовой фильтр 12, первый усилитель

13 переменного тока, двухканальный фильтр 14, второй усилитель 15 пере-.

25 менного тока, синхронный детектор 16.

Первый вход вспомогательного усилителя 7 соединен с выходом испытуемого ОУ 3, а выход вспомогательного усилителя 7 подключен к первому масш- ЗО табному резистору 1, второй выход которого соединен с первым входом испытуемого ОУ 3 и вторым масштабным резистором 2, второй вывод которого подключен к нулевой шине устройства, 35 второй вход испытуемого ОУ 3 подключен к нулевой шине устройства, второй вход вспомогательного усилителя 7 подключен к выходу модулятора 8, вход которого соединен с выходом ис- 4О точника 4 опорного напряжения, а управляющий вход модулятора 8 подключен к выходу первого триггера 5, вход которого соединен с выходом генератора 6, к выходу генератора 6 подключен также вход одновибратора

10, инверсный выход которого подключен к входу второго Т-триггера 9, выход вспомогательного усилителя 7 подключен к входу полосового фильтра 5р

12, выход которого соединен с входом первого усилителя 13 переменного тока, а выход усилителя 13 переменного тока. — с входом двухканального фильтра 14, выход которого подключен к входу второго усилителя 15 переменного тока, выход которого соединен с входом синхронного детектора

16, выход которого соединен с входом

63 2 измерителя 11 постоянного напряжения, управляющие входы двухканального фильтра 14 и синхронного детектора

16 соединены с выходом второго Т-триггера 9.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 6 формирует сигнал прямоугольной формы с частотой f Этот сигнал поступает на вход первого

Т-триггера 5. На выходе первого

Т-триггера 5 формируется сигнал прямоугольной формы с частотой Е = Е, /2.

Этим сигналом осуществляется управление модулятором 8. На вход модулятора поступает напряжение U» с выхода источника 4 опорного напряжения. На выходе модулятора 8 формируется сигнал U<(t) прямоугольной формы, симметричный относительно нулевого уровня с частотой Е2 и амитудойг, Это напряжение поступает на второй вход вспомогательного усилителя

7. За счет отрицательной обратной связи; осуществляемой резисторами

1 и 2, на выходе испытуемого ОУ 3 формируется .напряжение прямоугольй формы Usüè о () амплитуд частота которого равны амплитуде и частоте выходного сигнала модулятора 8.

Это напряжение из-за наличия обратной связи приводит к возникновению сигнала рассогласования U Ä(t) на входе испытуемого ОУ 3. Коэффициент усиления испытуемого ОУ 3 определяется по формуле где U (t:) — выходной сигнал вспомогах тельного усилителя 7;

U „ — напряжение смещения испытуемого ОУ 3;

b(t) — собственные шумы испытуемого ОУ 3; з 135 — сопротивление резистора 1; — сопротивление резистора 2.

9763

U„(t) — sin хэ . () R( (7) Поэтому к, (8) 10 ),) 1),) о с

U (t) = — sin 2() (2n+1) f

4Ux 1 к() 2 2п+1

2 где а = 1, 2, 3,... (4)

Сигнал U„(t) поступает на вход полосового фильтра 12, центральная частота которого равна f, а полоса пропускания равна 6й,, причем 0,5f (z Ьй, 1,5f . Пблосовой фильтр 12 исключает постоянную составляющую

R, +Кг сигнала U„(t), равную V ö, а также сужает спектр шума на выходе вспомогательного усилителя, тем самым исключая составляющие спектра шума, частоты которых равны нечетным гармоникам управляющего сигнала двухканального фильтра 14, которые не могут быть подавлены двухканальным фильтром 14 и синхронным детектором 16.

Полосовой фильтр 12 пропускает только первую гармонику прямоугольного сигнала U„, (t) .

Таким образом на выходе полосового фильтра 12 формируется сииусоидальный сигнал

25 8п

- Т. 5. 7-,. . (5) 32К, Ux ха — „э ! (СО

БΠ— Sin(2n+))2к fzt ()О)

2n+1 ппа (6)

Вг

П()) г 1))) о

Вклад в составляющие выходного напряжения двухканального фильтра 14

55 вносят только те составляющие шумов, поступающие на его вход, частоты которых расположены в узкой полосе

Lf = 1/2))КС, близкой f .Поскольку г

f существенно превышает а f» то г к = Ь)) ) . ()(+ Р*), (з)

Ui 1 Р.

Из выражений (2) и-(3) видно, что для повышения точности определения коэффициента усиления испытуемого

ОУ 3, по результату измерения U„ необходимо уменьшить влияние U „ и ., b(t) на результаты этого измерения.

Полезный сигнал U„, (t) на выходе вспомогательного усилителя 7 имеет вид

U„(t) = -рс-"- sin 2т f, 4Uх

Интегральное напряжение шумов на выходе полосового фильтра 12 равно,где Ев = 1,5 4 ,Сигнал U„ (t) усиливается усилителем ,13 переменного тока.

На выходе усилителя 13 имеем сигЮ нал где К(— коэффициент передачи усилителя 13.

Интегральное напряжение шумов на выходе усилителя 13 равно где 1 - спектральная плотность бе()о лого шума;

f, — сопряженная частота, определяющая точку, где харак15 тер шума меняется с фликкер-шума на белый.

Так как.полосовым фильтром 12 подавлены составляющие спектра сигнала

V„(t), частоты которых равны нечетным гармоникам управляющего сигнала, то выходное напряжение двухканального фильтра 14 при синусоидальном входном сигнале имеет вид к ) — sin(nu,+(e) t,.

2п+1 (9) 30 где U — амплитуда синусоидального входного сигнала, И вЂ” угловая частота синусоидального входного сигнала,, и, — угж>вая частота управляющего сигнала;

R — сопротивление резистора двухканального фильтра 14,.

С вЂ” емкость конденсаторов двух40 канального фильтра 14.

Так как иэ выражения (7) амплиту4Ux Ê, да полезного сигнала U =, а

l а = я, = 2 ) Е,то полезный сигнал

U„ () на выходе двухканального фильтра 14 имеет вид

1359763

160х К<К х

Х 5 11 Х (1S) 16К<К 2() ох (R < + R2 (16) ХЮ ния (16) . к, + к, Формула изобретения

15 (1) <1) О шумовой сигнал Ь<(t) в полосе ()Г можно считать синусоидальным.

Поэтому с учетом выражения (9) получаем

Ь (t) =, + 2 sit1(211+() 27((t), 8U 1 и-о (11) 10 где U . — амплитуда шума Ъ<()

Так как эффективное значение шума

Ъ,(t) равно

Подставляя значение U„ из выражения (15) в формулу (3), получаем

По результату измерения измерителем

11 постоянного напряжения величин

U вычисляется коэффициент усиления

ХХ испытуемого ОУ 3 с помощью выражеЮ (12) ,то

R<,+ К, ы 1,4 „ (13) где f„ = f — )tf,/2, Сигнал U„„(t) усиливается усилителем

15 переменного тока в К раз

32К<К20«

ХХ

11

«, — sin(2n+1) 2(f2t.

30 ..О (14)

Управление двухканальным фильтром

14 и синхронным детектором 16 осуществляется сигналом прямоугольной 35 формы с частотой К, поступающим с выхода второго Т-триггера 9. Сигнал на выходе второго Т-триггера 9 отличается от сигнала на выходе первого

Т-триггера 5 лишь временным сдвигом 40

ht. Этот сигнал компенсирует сдвиги, вносимые. вспомогательным усилителем

7 и испытуемым ОУ 3. Временный сдвиг осуществляется следующим образом.

Сигнал прямоугольной формы с вш- 45 хода генератора 6 поступает на одновибратор 10, на инвертирующем выходе одновибратора формируются импульсы, длительность которых равна (<,t. Эти импульсы поступают на вход второго 50

T-триггера 9. На выходе второго

Т-триггера 9 формируется сигнал, сдвинутый относительно сигнала на выходе первого Т-триггера 5 на величину 5t, 55

Синхронный детектор 16 выделяет двойную амплитуду сигнала U« (t), преобразуя ее в напряжение постоянного тока

1. Устройство для измерения коэффициента усиления операционных усилителей, содержащее первый и второй масштабные резисторы, усилитель переменного тока, синхронный детектор, измеритель постоянного напряжения, источник опорного напряжения, модулятор, первый Т-триггер, одновибратор, 1 генератор, выход которого соединен с выходом первого Т-триггера и входом одновибратора, выход первого

Т-триггера соединен с управляющим входом модулятора, выход источника опорного напряжения соединен с входом модулятора, первые выводы первого и второго масштабных резисторов соединены с первой клеммой для подключения входа объекта контроля, вторая клемма для подключения входа объекта контроля соединены с общей шиной устройства, выход усилителя переменного тока соединен с входом синхронного детектора, выход которо.го соединен с входом измерителя постоянного напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены вспомогательный усилитель, второй

Т-триггер, полосовой фильтр, двухканальный фильтр, второй усилитель переменного тока, причем первый вход вспомогательного усилителя со- . единен с клеммой для подключения выхода объекта контроля, второй вход вспомогательного усилителя соединен с выходом модулятора, а выход соединен с входом полосового фильтра и с вторым выводом первого масштабного резистора, второй вывод второго масштабного резистора соединен с общей шиной устройства, выход полосового фильтра соединен с входом второго усилителя переменного тока, выход

3 .8 соединен с инверсным выходом одно- вибратора.

135976 которого соединен с;входом двухканального фильтра, выход которого соединен с входом первого усилителя переменного тока, управляющие входы двухканального фильтра и синхронного детектора соединены с выходом . второго Т-триггера, вход которого

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что модулятор выполнен по схеме с инвертированием по выбору.

Составитель В.Драчев

Техред А.Кравчук

Корректор А.Тяско Редактор Т.Парфенова

Заказ 6152/49 Тирае 730

ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и

113035, Москва, Ж-35, Раушская

Подписное комитета СССР открытий наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная 4