Усилитель постоянного тока

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для усиленияразностных и ослабления синфазных сигналов. Цель изобретения - компенсация дрейфа нуля. Усилитель постоянного тока содержит первый, второй и третий операционные усилители, первый, второй и третий переключатели, ключ, блок выборки-хранения, конденсатор. Благодаря введению первого, второго, третьего переключателей, ключа, конденсатора и блока выборки-хранения обеспечивается компенсация дрейфа нуля всех операционных усилителей. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 F 3/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! ! Ъ

1 юЪ ()

О ,00 0 (21) 4848222/09 (22) 30.07.90 (46) 15.02.92 Бюл. N. 6 (71) Производственное объединение

"Черниговский радиоприборный завод" им, В.И.Ленина (72) А.И.Вервейко и Г.П.Сорва (53) 621,375,024 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1001441, кл. Н 03 F 3/45, 1981. (54) УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для усиления

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для усиления разностных и ослабления синфазных сигналов.

Известен усилитель постоянного тока, содержащий операционный усилитель, дифференциальный каскад на полевых транзисторах, два резистора, два переключателя и запоминающее устройство, состоящее из дифференциального каскада на полевых транзисторах, трех конденсаторов и двух переключателей, Недостатком такого устройства является малый коэффициент ослабления синфазного сигнала и трудность твердотельного исполнения вследствие большого количества конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является усилитель, содержащий три операционных усилителя и элемент с отрицательным сопротивлением, причем первый, второй и

„„ЯЦ„„171308б А1 разностных и ослабления синфазных сигналов, Цель изобретения — компенсация дрейфа нуля. Усилитель постоянного тока содержит первый, второй и третий операционные усилители, первый, второй и третий переключатели, ключ, блок выборки-хранения, конденсатор. Благодаря введению первого, второго, третьего переключателей, ключа, конденсатора и блока выборки-хранения обеспечивается компенсация дрейфа нуля всех операционных усилителей. 1 ил. третий операционные усилители охвачены через соответствующий первый, второй и

-третий резисторы отрицательными обратными связями. Неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей являются дифференциальным входом усилителя, а их инвертирующие входы через резистивный делитель соединены между собой. Выходы первого и второго операционных усилителей через четвертый и пятый резисторы подключены к дифференциальному входу третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через шестой резистор соединен с общей шиной, а выход является выходом усилителя. Элемент с отрицательным сопротивлением подключен между средней точкой резистивного делителя и общей шиной.

Недостатком известного устройства является большой температурный дрейф нуля, что ограничивает его точностные характеристики.

1713086

Цель изобретения — уменьшение дрейфа нуля.

Поставленная цель достигается тем, что усовершенствуется усилитель постоянного тока, содержащий первый, второй и третий операционные усилители, выход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим входом через первый резистор, а через второй резистор — с первым выводом третьего резистора. Выход второго операционного усилителя-соединен с инвертирующим входом через четвертый резистор, а через пятый резистор — с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, причем между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей введен шестой резистор, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя через седьмой резистор соединен с общей шиной, Отличительным признаком усилителя постоянного тока является то, что в него введены первый, второй и третий переключатели, конденсатор, восьмой резистор, ключ и блок выборки-хранения, причем вход первого переключателя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, первый выход является первым входом устройства, а второй выход соединен с общей шиной.. Вход второго переключателя соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, Первый выход .является вторым входом устройства, второй выход соединен с общей шиной. Вход третьего переключателя соединен с выходом третьего операционного усилителя и с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом устройства.

Первый выход соединен с вторым выводом третьего резистора, а второй выход — с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и через конденсатор с первым выводом третьего резистора, а через последовательно соединенные восьмой резистор и ключ — с общей шиной, При этом первый, второй, третий переключатели и ключ управляются противофазно, а первый и второй входы устройства являются дифференциальными входами.

Опишем работу предлагаемого. устройства в двух режимах.

В режиме коррекции суммируются и запоминаются на конденсаторе с определенным коэффициентом пропорциональности и знаком напряжения, обусловленные дрейфом напряжения смещены нуля всех операционных усилителей, которые входят в состав усилителя постоянного тока.

При этом величины коэффициентов пропорциональности и знаки суммируемых напряжений выбираются из условия обеспечения компенсации дрейфа нуля усилителя постоянного тока в режиме усиления, На чертеже приведена функциональная схема усилителя постоянного тока.

Усилитель постоянного тока содержит три операционных усилителя 1 — 3, первый

4 и второй 5 переключатели, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12 резисторы; конденсатор 13, восьмой резистор 14, ключ 15, третий переключатель 16, блок 17 выборки-хранения.

В усилителе йостоянноготока элементы соединены следующим образом, Входы первого 4 и второго 5 переключателей подключены к неинвертирующим входам соответственно первого 1 и второго 2 операционных усилителей. Первые выходы первого 4 и второго 5 переключателей являются дифференциальными входами устройства, а вторые выходы подключены к общей шине. Первый операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью через первь|й резистор 6, выход первого операционного усилителя 1 через второй резистор 7 подключен к первому выводу третьего резистора 8. Второй операционный усилитель 2 охвачен отрицательной обратной связью через четвертый резистор 9. Выход второго операционного усилителя 2 через пятый резистор 10 подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя 3. И нвертирующие входы первого 1 и второго 2 операционных усилителей соединены между собой через шестой резистор 11.

Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с общей шиной через седьмой резистор 12.

Точка соединения второго 7 и третьего

8 резисторов через конденсатор 13 соединена с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 3, а через последовательно соединенные восьмой резистор

14 и ключ 15 — с общей шиной. Третий переключатель 16 входом, первым и вторым выходами соответственно соединен с выходом третьего операционного усилителя 3, с вторым выводом третьего резистора 8 и с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 3, Блок 17 выборки-хранения входом соединен с выходом третьего операционного усилителя 3, а выход его является выходом устройства, Блок

17 выборки-хранения содержит ключ 18, резистор 19 и конденсатор 20.

1713086

Предлагаемый усилитель постоянного тока работает следующим образом, Режим коррекции. Режиму коррекции соответствует положение переключателей противоположное тому, какое показано на чертеже.

B этом режиме напряжение смещения втоРого опеРаЦионного УсилителЯ 2 (Есм2) поступает на резистивный делитель, состоящий иэ пятого резистора 10 (R5) и седьмого резистора 12 (R7). На неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 3, который в режиме коррекции для сигнала

Есм2 пРеДставлЯет собой неинвеРтиРУюЩий повторитель, поступает напряжение

0к1=Есм2 R7/(R5+R7).

Вследствие этого на обкладке конденсатора 13, подключенной к инвертирующему входу третьего операционного усилителя

З,устанавливается напряжение 0«. На другой обкладке конденсатора 13 устанавливается напряжение

0к2=Есм1 R8/(R2+R8), где R2, R8 — соответственно сопротивление второго резистора 7 и восьмого. резистора

14.

Таким образом, на конденсаторе 13 запоминается напряжение 0к=Есм2 В7/(R5+R7)—

-Есм1 RB/(R2+R8).

Режим измерения. В режиме измерения, которому соответствует положение переключателей, показанное на чертеже, на входы дифференциального усилителя, реа-. лизованного на третьем операционном усилителе 3 и резисторах 7, 8, 10, .12, поступают напряжения Uc1+ Есм1 и Uc2+ Есм2, где Uc1 и

0с2 — НаПряжЕНИя, раЗНОСтЬ КОтсрЫХ ПОДЛЕжит усилению.

Для вывода уравнения коэффициента передачи дифференциального усилителя учетом, что разность напряжений между

+ входами усилителя U» — 0вх = О, а токи сигналов не ответвляются на входы операционного усилителя 3, и составляем .систему уравнений (0с1+Есм1 (Usx 0к))/Ю

= ((Usx — 0к) — 0вых)/RÇ, +

Usx =Usx (2) 0вх =(0с2+Есм2) R7/(К5+В7);

5 где Usx u Usx — напряжения соответственно на неинвертирующем и инвертирующем входах третьего операционного усилителя

R3 — сопротивление третьего резисто10 ра 8.

Учитывая (1) и то, что для дифференциального усилителя необходимо выполнение условий R2= R5, RÇ= R7, а для компенсации дрейфа нуля — выполнение усло15 вия RÇ= R7= R8, решаем систему уравнений(2).

В результате получаем

0вых=(0с2 — Uc1) R7/R5, Формула изобретения

Усилитель постоянного тока, содержащий первый, второй и третий операционные усилители, выход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим вхо55 дом через первый резистор, а через второй резистор — с первым выводом третьего резистора, выход второго операционного усилителя соединен с инвертирующим входом через четвертый резистор, а через пятый

20 т.e. выходной сигнал предлагаемого усилителя постоянного тока не зависит от напряжения смещения нуля и его дрейфе первого

1 и второго 2 операционных усилителей, 25 Напряжение смещения нуля третьего операцйонного усилителя 3 в режиме коррекции запоминается на конденсаторе 15, а затем в режиме измерения вычитается из входного сигнала дифференциального уси30 . лителя, Таким образом, в предлагаемом усили-. теле постоянного тока компенсируются дрейфы нуля всех операционных усилителей.

35 По сравнению с прототипом предлагаемый усилитель постоянного тока имеет преимущество, заключающееся в возможности уменьшения дрейфа нуля. В предлагаемом усилителе величина температурного дрейфа

40 нуля, приведенного к входу, составляет сотыее доли м к В /град.

Усилитель постоянного тока может быть использован в инструментальных усилителях, которые используются для усиления ма45 лых дифференциальных сигналов, проходящих, например, от датчиков, на уровне больших синфазных сигналов.

1713086

50

Составитель А.Вервейко

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Редактор С.Лисина

Заказ 543 Тйра>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, l01 резистор — с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, причем между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей введен шестой резистор, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя через седьмой резистор соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения дрейфа нуля, введены первый, второй и третий переключатели, конденсатор, восьмой резистор, ключ и блок выборки-хранения, причем вход первого переключателя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, первый, выход является первым входом устройства, а второй выход соединен с общей шиной, вход второго переключателя соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, первый выход является вторым входом устройства, второй выход соединен с общей шиной, вход третьего переключателя соеди5 нен с выходом третьего операционного усилителя и с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом устройства, первый выход соединен с вторым выводом третьего резистора, а второй выход — с

10 инвертирующим входом третьего операционного усилителя и через конденсатор с первым выводом третьего резистора, а через последовательно соединенные восьмой резистор и ключ — с общей шиной, при этом

15 первый, второй, третий переключатели и ключ управляются противофазно, а первый и второй входы устройства являются дифференциальными входами.