Усилитель напряжения Советский патент 1984 года по МПК H03F3/38 

Изобретение относится к усилителям с периодической коррекцией сдвига нуля и может быть использовано в системах автоматического регулирования, измерительных устройствах, а также в электрических установках раз личного назначения. Известен усилитель напряжения с коррекцией сдвига нуля, содержащий входной коммутатор, элемент запомина ния и корректирующие цепи fj . Недостатком известного усилителя напряжения является неравномерность частотной характеристики. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усилитель напряжения с коррекцией сдвига нуля, содержащий последовател но соединенные входной коммутатор, нормально замкнутый контакт которого соединен с общей шиной, управляющий вход - с первым выходом блока управл ния, и широкополосный усилитель, а также блок выборки - запоминания, выход которого соединен с другим вхо дом широкополосного усилителя, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления 2J , Однако такой усилитель напряжения с коррекцией сдвига нуля обладает недостаточно высокой точностью и .недостаточно широким частотным диапазо ном. Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона. Поставленная цель достигается тем что в усилителе напряжения с коррекцией сдвига нуля, содержащем последо вательно соединенные входной коммута тор, нормально замкнутый крнтакт которого соединен с общей шиной, управ ляющий вход - с первым выходом блока управления, и широкополосный усилитель, а также блок выборки-запоминания, выход которого соединен, с другим входом широкополосного усилителя, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, между выходом широкополосного усилителя и входом блока выборки-запоминания включены последовательно соединенные ключ, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока упра.вления, и интегрирующий фильтр. Блок управления выполнен в виде генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика, а также двух элементов совпадения, причем инверсный выход старшего разряда двоичного счетчика является первым выходом блока управ ления и соединен с первыми входами элементов совпадения, инверсные выходы первого и второго разрядов двоичного счетчика соединены с вторыми входами первого и второго элементов совпадения соответственно, третий вход первого элемента совпадения подключен к прямому выходу второго разряда двоичного счетчика, а выходы первого и второго элементов совпадения являются соответственно вторым и третьим выходами блока управления. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема усилителя напряжения с коррекцией сдвига нуля; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу усилителя напряжения с коррекцией сдвига нуля; на фиг.З структурная электрическая схема блока управления. Усилитель напряжения (фиг. 1) содержит широкополосный усилитель 1, входной коммутатор 2, интегрирующий фильтр 3, ключ 4, блок 5 выборки-запоминания, блок 6 управления. На эпюрах а, Ь , С (фиг. 2) условно показаны управляющие сигналы на первом, третьем и втором выходах блока 6управления, на эпюреd - изменения выходных напряжений широкополосного усилителя 1, интегрирующего фильтра 3 и блока 5 выборки-запоминания. Блок б управления фиг. 3 содержит генератор 7 импульсов, двоичный счетчик 8, первый элемент 9 совпадения, вторый элемент 10 совпадения, причем счетный вход двоичного счетчика соединен с выходом генератора 7импульсов, инверсный выход старшего разряда двоичного счетчика 8 связан с первым выходом блока 6 управления и первыми входами элементов 9 и 10 совпадения, инверсные выходы первого и второго разрядов двоичного счетчик,а 8 связаны с вторыми входами элементов 9 и 10 совпадения соответственно, третий вход элемента 9 совпадения подключен к прямому выходу второго разряда двоичного счетчика 8, а выходы элементов 9 и 10 совпадения соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока б . управления. Усилитель напряжения с коррекцией сдвига нуля работает следующим образом. Период работы устройства состоит из рабочего такта и такта коррекции сдвига нуля. Во время коррекции по первому выходу блока 6 управления выдается команда на замыкание одного входа широкополосного усилителя 1 через входной коммутатор 2 на шину нулевого потенциала (соответствующее состояние входного коммутатора 2 условно показано на эпюре а 1 - логической единицей.. При этом на выходе широкополосно го усилителя 1 устанавливается начальный уровень напряжения иЛо - , где Kg - статический коэффициент усиления разомкнутого широкополосного усилителя 1; е - сдвиг нулевого уровня широкополосного усилителя 1; и о начальное напряжение на выходе блока 5 выборки-запо минания, обусловленное его собственным сдвигом нуля; М - масштабный коэффициент блок 5 выборки-запоминания. Изменение выходного сигнала широкополосного усилителя 1 в течение данной части цикла коррекции показано на диаграмме кривой dl (для упро щения изображен частный случай при Kg 1). Дальнейший процесс коррекции сдвига нулевого уровня содержит несколько х иклов: в начале i-ro цик ia (i l,n) блоком б управления замыкается на время Т ключ 4 (соответствующий управляющий сигнал на третьем выходе условно показан на диаграмме В 1), и в течение данного интервала интегрирующий фильтр 3 ИН тегрирует выходное напряжение устрой ства (соответствующее изменение выходного сигнала интегрирующего фильтра 3 обозначено на диаграмме 2), По окончании интервала интегрирования ключ 4 размыкается (на эпюре Ъ 2) и выходное напряжение интегрирующего фильтра 3 и„ uLi - 1 I |;Л - 1 . где о - постояннная времени интегри рования, переписывается далее по команде, формируемой на втором выходе блока управления, в блоке 5 выборки-запоминания (команда переписи -на втором выходде условно показана на эпю ре С1). На выходе блока 5 выборкизапоминания в результате данной опе рации фиксируется напряжение M(Otiti + iTj MU, (.u о , процесс установления которого показан на диаграмме кривой сЗ 3. В результате последней операции изменяется по сравнению с предыдущим циклом -дифференциальный входно .сигнал широкополосного усилителя 1 и на выходе устройства устанавливается новый уровень напряжения и D3 .- uD (процесс установления данного напря жения показан кривой d 4). Решая си тему рекуррентных уравнений (2), (3) и (4) и учитывая начальные условия блоков 1, 3 и 5, можно показать, что на выходе блока выборкизапоминания имеет место итерационны процесс, который сходится, если пре варительно обеспечить практически легко реализуемое условие сходимостиСкорость сходимости итерационного процесса тем выше, чем меньше 1 - отличается от нуля, т.е. в идеальном случае М. 1 Таким образом, выходное напряжение блока 5 выборки-запоминания после проведения п-го цикла коррекции (u. M TN- Mtb-f V ,e, vJ - cMTnn . -n Из последнего выражения следует, что при увеличении числа циклов напряжение на выходе блока 5 выборки-запоминания сходится к величине б f фиксированное в данном устройстве напряжение в дальнейшем используется в рабочем режиме (соответствует состоянию входного коммутатора 2, показанному на эпюре 2а - логическим нулем для компенсации сдвига нуля широкополосного усилителя. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять пери одическую коррекцию сдвига нуля широкополосного усилителя, однако при этом величина собственного сдвига нуля устройства выборки-хранения не влияет, как следует из (6), на величину корректирующего сигнала на его выходе, что, в свою очередь, повьлшает эффективность коррекции сдвига нуля широкополосного усилителя и увеличиваем: его точность. I Благодаря разнесению во времени операций, реализующих итерационный цикл, устройство в режиме коррекции сдвига нуля ни в один из моментов времени не представляет собой замкнутой непрерывной системы регулирования. В результате устраняется свойственная прототипу необходимость управления частотной характери.стикой широкопо-ч лосного усилителя для обеспечения устойчивости в данном режиме и, следовательно, устраняется дополнительная погрешность на высоких частотах, обусловленная остаточным влиянием управляющих элементов на коэффициент передачи широкополосного усилителя.

Блок 6 управления (фиг. 3J работает следующим образом. Йа счетный вход двоичного счетчика 8 непрерывно поступают импульсы генератора 7 импульсов, которыми последовательно во времени периодически изменяется состояние двоичного счетчика 8 по двоичному закону; каждое из указанных состояний однозначно определяется соответствующим набором значений,, логических переменных Х| 1,4, де x Х арактеризует текущее состояние 1-го разряда двоичного счетчика 8 и определяется по выходному сигналу данного разряда. Период работы блока б управления задается периодом работы двоичного счетчика 8 и равен , где ff - период следования импульсов генератора 7 импульсов. В течение первого полупериода работы блока, отводимого на такт коррекции, в старшем (4-м) разряде двоичного счетчика 8 записан 0( 0) и на его инверсном выходе, являющемся одновременно первым выходом, присутствует потенциал 1, соответствующий такту коррекции устройства (кривая q1 сигнала управления входным коммутатором 2 на фиг. 2), а в течение оставшейся половины периода, предназначенной для рабочего такта Ху 1, на первом 1.ыходе блока б управления присутствуе нулевой потенциал, соответствующий рабочему режиму (кривая 2, фиг.2). Таким образом, сигнал управления.

формируемый на первом выходе, опи- ивается логической функцией у , где горизонтальной чертой над обозначением переменной показана операция инверсии. Сигналы управления на втором и третьем выходах у формируются элементами 9, и 10 совпадения. Эти элементы, чьи выходы являются одновременно вторым и третьим выходами соответственно, дешифрируют текущее состояние двоичного счетчика

8:ijj x X2X4 Чч Следовательно, в данном варианте блока 6 управления дважды за период работы 16Т формируется пара сигналов, состоящая из управляющего интервала длительности 2Т. на третьем выходе и следующего за ним управляющего сигнала длительности Т на втором выходе этим сигналом соответствуют участки кривых Ы и с1 (на фиг 2) . Таким образом, рассмотренная реализация блока управления б на базе четырехразрядного двоичного счетчика 8 позволяет организовать два цикла коррекции сдвига нуля во время соответствующего такта. При необходимости увеличения количества циклов данная структурная электрическая схема блока б управления (фиг. З) не претерпевает изменения, а лишь требует увеличения количества разрядов двоичного счетчика 8. Таким образом, предлагаемый вариант блока управления обеспечивает простую реализацию последовательности управляющих интервалов, необходимых для повышения точности и расширения частотного диапазона.

1. УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ с коррекцией сдвига нуля, содержащий последовательно соединенные входной коммутатор, нормально замкнутый контакт которого соединен с общей шиной, управляющий вход - с первым выходом блока управления, и широкополосный усилитель, а также блок выборки-запоминания, выход которого соединен с другим входом широкополосного усилителя, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, между выходом гР д. широкополосного усилителя и входом блока выборки-запоминания включены последовательно соединенные к. юч, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, и интегрирующий фильтр. 2„ Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом двоичного счетчика, а также двух элементов совпадения, причем инверсный выход старшего разряда двоичного счетчика является первым выходом блока управления и соединен с первыми входами элементов совпадения, инверсные выходы первого и второго разрядов двоичного счетчика со(Л единены с вторыми входами первого и второго элементов совпадения соответственно, третий вход первого элемента совпадения подключен к прямому выходу второго разряда двоичного счета чика, а выходы первого и второго эле ментов совпадения являются соответственно вторым и третьим выходами бло ка управления. sj 00 ;л 30. :г