Дифференциальный усилитель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

1тес убпи р>985934 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 070380 (21)2933954/18-09 с присоединением заявки Hо— (23) Приоритет—

Опубликовано 301232. Бюллетень No48

f$)) + Кп 3

Н 03 F 3/45

Государственный комитет

CGgP ио делам изобретений н открытий (53) УДК 621 ° 375 °.024(088.8) Дата опубликования описания 301282

О.С. Андреев, Б.А. Бохонко, С.А, Давымука, Э.П. Дзисяк, Б.A. Калынюк и И.Б. Мелихов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к радиотехнике, в частности может использоваться в устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники.

Известен дифференциальный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной дифференциальный каскад с источником тока в каждом плече и выходной операционный усилитель, соединенный с входом цепи отрицательной обратной связи (1 3.

Недостатками известного усилителя являются относительно низкая точность и отсутствие оперативного изменения коэффициента усиления.

Цель изобретения — повышение точности и оперативного изменения коэффициента усиления.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, содержащем последовательно соединенные входной дифференциальный каскад с источниками тока в каждом плече и выходной операционный усилитель, со-. единенный с входом цепи отрицательной обратной связи, по крайней мере в одном из плеч входного дифференциального каскада источник тока выполнен в виде двух групп источников тока, в цепи коллекторов транзисторов которых включены управляемые ключи, при этом входы одной группы источника тока соединены с вновь введенным источником опорного напряжения, входы другой группы — с выходом цепи отрицательной обратной связи, а управляющие входы ключей подсоединены к вновь введенному устройству управле10

На чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад

1, токи в плечах которого задаются источником 2 тока и группами 3,4 . источников тока, управляемые ключи 5, переключающиеся по команде с устрой.ства б управления, источник 7 опорного напряжения и цепь 8 отрицательной обратной связи, сигнал на которую поступает с Выхода выходного операцион- ного усилителя 9.

Дифференциальный усилитель работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на входе устройства, токи, протекающие в пле.чах входного каскада 1 от источника

2 тока и от группы 3 и 4 источников тока примерно. равны. Ключи 5 пере985934 (3) 3 + 4

2 = 30. (4)

К-1 где ()вх

R аи„= Р4О и — - (4) К-1

АК1 К (8) ключаются по команде с устройства 6 управления таким образом, чтобы сумма .токов групп источников 3 и 4 была по"стоянна при любом коэффициенте усиления дифференциального усилителя.

Величина этого суммарного тока определяется напряжением источника 7 опорного напряжения и сигналом, поступающим на вход источников 4 тока с выхода цепи 8 отрицательной обратной связи. 10

Выходное напряжение цепи 8 отрицательной обратнрй связи при отсутствии сигнала на входе усилителя равно напряжению источника опорного напряжения 7, а отклонение напряжения на вы 5 ходе устройства от нулевого значения определяется напряжением смещения, вызванным неидеальностью выходного операционного усилителя 9, входного каскада 1, источника 7 опорного напряжения, источника 2 тока и групп

3,4 источников тока. При этом устройство 6 управления может быть запрограммировано таким образом, чтобы компенсировать напряжение смещения путем коммутации соответствующих источников тока из группы 3. Группы

3 и 4 источников тока идентичны и состоят из источников тока, токи каж» дого из которых отличаются друг от друга по определенному, например по двоичному, закону. Тогда ток, втекающий во входной каскад 1 от группы 3 источников тока определяется по выражению (1), а от группы 4 — по выражениу (2)

Ъ 1 пм и 2 оп Ь пап ..

П 40

;.,(4).д " U . E. с -2", 45 и

34=1щ1П к г %0 )(»1 К

К=1 (2. ) (3) (Э) (4) (4) где а1 ...ап, а„. а П эффициенты, определяемые состоянием соответствующих ключей: если ключ замкнут, то а = 1, а „= О, если разомкнут — ак = О, а,), = 1;

U> — напряжение источника 7 опорного напряжения;

U> — напряжение на выходе цепи обратной связи; де. — эквивалентная крутизна преобразования управляющего напряжения в ток источниками тока; и — коЛичество источников тока в группах 3,4.

Каждое слагаемое суммы ()) или (2) определяет ток одного иэ источников токов, входящих в состав группы источников (3) или (4). Если обозна- 65 чить ток источника 2 тока через 3О, то должны выполняться условия (3),(4) Подача сигнала на вход устройства приводит к перераспределению токов в плечах входного каскада 1 и на выходе появляется напряжение, часть которого через цепь 8 отрицательной обратной связи поступает на вход группы 4 источников тока и приводит к изменению вырабатываемого ею тока. При достаточно большом значении коэффициента усиления выходного усилителя

9 изменению выходного напряжения на выходе устройства соответствует незначительное изменение сигнала на входе выходного усилителя 9. Это оз-, начает, что перераспределение тока в плечах каскада, вызванное наличием входного сигнала, будет скомпенсирова. но в результате влияния обратной связи, изменением тока группы 4 источников тока, т.е. и — =д дО) ° о к (5) Ех -(4). входной сигнал; величина, определяющая коэффициент усиления вход. ного каскада 1;

А = — в случае дифференциального и 1 в случае однопроводного выходного усилителя 9; а(); - изменение выходного напряжения цепи отрицательной обратной связи, вызванное появлением на-. пряжения на выходе устройства -аО

8bl> где ) — коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи, Сопоставляя (5) и (6), находим коэффициент усиления устройства

Ьь)х )"ех )" %о -(4) к-1

) х

К1 К

Для каждой конкретной схемы величины р,R и 9(,, входящие в (7), постоянны, поэтому коэффициент усиления устройства изменяется в соответствии с изменением величины суммы

Сумма (8) представляет собой п-раз. рядное двоичное число.

985934

Количество возможных значений коэффициентов усиления определяется .числом

N 2 - (9)

Например, при количестве генераторов тока в группе — n 8 можно получить

255 значений коэффициента усиления.

При этом влияние ключей 5 на точ- 10 ность устройства пренебрежимо мало

° вследствие высокого выходного сопротивления источников тока.

Ъ

Предлагаемый дифференциальный 35 усилитель выгодно отличается от прототипа не только возможностью программирования коэффициента усиления и высокой точностью, но и более широкими функциональными возможностя-;@ ми. Например, при исключении источника 7 опорного напряжения, вход группы 3 источника тока может использоваться как дополнительный вход усилителя. Устройство управления может быть запрограммировано таким образом, чтобы автоматически компенсировать напряжение смещения усилителя при любом коэффициенте усиления. ВЬзможно использование усилителя в качестве цифро-аналогового преобразователя или аналоговой части аналогоцифрового преобразователя.

Широкая область применения, универсальность схемы дают возможность использования ее в качестве базового узла различных устройств: программируемых усилителей, регулируемых источников напряжения, прецезионных аналоговых запоминающих устройств с ком- пенсацией погрешностей и других.

Связанное с этим повышение техни» ческих характеристик устройств, снижение затрат разработки на настройку и регулировку оригинальных узлов приведет к значительному экономическому эффекту.

Формула изобретения

Ъ

Дифференциальный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной дифференциальный каскад с источниками тока в каждом плече и выходной операционный усилитель, соединенный с входом цепи отрицательной обратной связи, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и оперативного изменения коэффициента усиления, по крайней мере в.одном из плеч входного дифференциального каскада источник тока выполнен в виде двух групп источников -тока, в цепи коллекторов транзисторов которых включены цепи, при этом входы одной группы источника тока соединены с вновь введенным источником опорного напряжения, входы другой группы — с выходом цепи отрицательной обратной связи, а управляющие входы ключей подсоединены к вновь введенному устройству управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

Р 1364233, Н3Т (ПОЗ F 1/34), 1974 (прототип) .

985934

Ро и

Составитель Н. Дубровская

Редактор А. Ворович Техред И.Гайду Корректор N. лароши

Заказ 10183/76 Тираж 959 Подписное

BHHHIIH Государственного коьитета СССР по дела л изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4