Операционный усилитель Советский патент 1985 года по МПК G06G7/12 

i1 Изобретение относится к усилителе ной технике и может быть использовано н аналоговых вычислительных машинах . Известен операционный усилитель, который содержит дифференпиальный усилитель: постоянного тока, фильтры, усилитель переменного тока, модулятор, дейодулятор и генератор управляющих импульсов .1. Устройство имеет сложную функциональную схему и отличается сравнительно низкой точностью работы. Наиболее близким к предлагаемому является операционный усилитель, содержащий дифференциальный усилител постоянного тока, к инвертирующему входу которого подключен выход разделительной емкостно-резистивной цепи, вход которой соединен с входом первого фильтра низкой частоты и к первому выводу первого операторного двухполюсника, второй вьшод которого является входом устройства, выход первого фильтра низкой частоты соединен с первьм выводом первого токоограничительного резистора, второй вывод которого через первый элемент соединен с шиной нулевого потен циала и непосредственно с первой обкладкой первого разделительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к входу усилителя перемен ного тока, выход которого соединен с первыми обкладками второго и третьего разделительных конденсаторов, вторая обкладка второго разделительного конденсатора через зарядноразрядньй резистор соединена с первым выводом втчэрого ключевого элемен та и с входом второго фильтра низкой частоты, выход которого подключен к неинвертирующему входу дифференциаль ного усилителя постоянного тока, выход которого через второй операторный двухполюсник подключен к входу разделительной емкостно-резистивной цепи, второй вывод второго ключевого элемента соединен с шиной нулевого потенциала, генератор управляющих -. импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второ го ключевых элементов t2} . .Недостатком описанного устройства 55

является низкая точность работы, обусловленная значительным влиянием шума коммутации ключевых элементов.

paздeлитEJjfьнoгo конденсатора.

На фиг.1 изображена функциональная схема операционного усилителя; 3 Цель-изобретения - повьппение точности работы за счет уменьшения ЭДС смещения и входного тока. Поставленная цель достигается тем, что в операционньй усилитель, содержащий дифференциальный усилитель постоянного тока, к инвегзтирующему входу которого подключен выход разделительной емкостно-резистивной цепи, вход которой является входом операционного усилителя и соединен с входом первого фильтра низких частот; к выходу которого подключен вывод первого токоограничительного резистора, второй вывод которого соединен с первой обкладкой первого разделительного конденсатора, а через первый ключ подключен к шине нулевого потенциала, вторая обкладка первого разделительного конденсатора подключена к входу усилителя переменного тока, к выходу которого подключена первая обкладка второго разделительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с первым выводом зарядно-разрядного резистора, третий разделительный конденсатор, второй фильтр низких частот, вход которого через второй ключ соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго фильтра низких частот подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока, выход которого является выходом операционного усилителя, генератор управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющим входам ключей, введены нелинейный элемент с зоной нечувствительности и дополнительный зарядно-разрядный резистор, причем вход усилителя переменного тока через дополнительный зарядноразрядный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка второго раздедительного конденсатора через третий разделительный конденсатор подключена к входу второго фильтра низких частот, второй вывод зарядно-разрядного резистора соединен с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка второго разделительного конденсатора подключена к входу нелинейного элемента с зоной нечувствительности, выход которого соединен с первой обкладкой первого па (11ЯТ.2 - пример выполнения нелинейного элемента с зоной нечувствительности. Операционный уси|1итель содержит дифференциальньй усилитель 1 постоянного тока, разделительную емкостно-резистивную цепь 2, первьш фильтр 3 низкой частоты, токоограничитель- ный резистор 4, первьй и второй ключи 5,6, вьтолненные на МДП-транзисторах, первый, второй и третий разделительные конденсаторы 7,8 и 9, усилитель 10 переменного тока, нелинейный элемент 11 с зоной нечувствительности, зарядно-разрядный резистор 12, дополнительный зарядно-разрядный ре зистор 13, генератор 14 управляющих импульсов, второй фильтр 15 низкой частоты, шину 16 нулевого потенциала, вход 17 и выход 18, разделитель ный конденсатор 19 и зарядно-разряд ный резистор 20 разделительной емкостно-резистивной цепи, зарядНоразрядные резисторы 21, 22 и сглажи ющие конденсаторы 23 и 24 первого и второго фильтров низкой частоты, первую группу диодов 25, ,..., 25|, , вторую группу диодов 26, ,...,26п, масштабные резисторы 27| ,...,27п, вход 28 и выход 29 нелинейного эле мента с зоной нечувствительности. Операционный усилитель работает следующим образом. Высокочастотная состдвляющая сигнала с входа 17 через разделител ную емкостно-резистивную цепь 2 поступает на инвертирующий вход диффе ренциального усилителя 1 постоянного тока и усиливается им. Постоянна и низкочастотная составляющие входного сигнала через первый фильтр 3 низкой частоты поступают на модулятор, образованный токоограничительным резистором 4 и первым МДП-транзистором 5, исток которого соединен -С шиной 16 нулевого потенциала. Пер вый МДП-транзистор 5 поочередно открьгоается и закрывается при подаче на его затвор прямоугольных импульсов от генератора 14 управляющих импульсов. Этим достигается модуляция низкочастотной составляющей вхо ного сигнала. Промодулированный сигнал усиливается усилителем 10 переменного то ка. Усиленный сигнал поступает на д модулятор, образованный третьим 11 34 разделительным конденсатором 9 и вторым МДП-транзистором 6, исток которого соединен с глиной 16 нулевого потенциала. Второй МДП-транзистор 6 поочередно синхронно с первым МДПтранзистором 5 закрьшается и открывается при воздействии на его затвор сигналов от генератора 1А управляюп1их импульсов. Когда второй МДП-транзистор 6 открыт, третий разделительный конденсатор 9 заряжается до напряжения, равного выходному напряжению усилителя 10 переменного тока. После того. ка второй МДП-транзистор 6 закроется, напряжение, до которого зарядился третий разделительный конденсатор 9, прикладьшается к входу второго фильтра 15 низкой частоты, на выходе которого формируется сглаженный сигнал постоянной составляющей. На дифференциальном усилителе 1 постоянного тока происходит суммирование низкочастотной и высокочастотной составляющих сигнала с входа 17. Ослабление сигнала помехи от цепи управления первым МДП-транзистором 5 происходит следующим образом. Напряжение сигнала помехи поступает на вход усилителя 10 переменного тока, усиливается и поступает на вход нелинейного элемента 11 с зоной нечувствительности, обладающего двусторонней проводимостью. Коэффициент передачи этого элемента равен нулю при малых значениях напряжения на его входе и близок к еда нице при напряжении ни его входе, равном или большем напряжения зоны нечувствительности. При напряжении помехи на выходе усилителя 10 переменного тока, равном напряжению, при котором нелинейньй элемент 11 с зоной нечувствительности начинает пропускать сигнал, замыкается отрицательная обратная связь усилителя 10 переменного тока и происходит ограничение сигнала помехи на его выходе на уровне ограничения, что эквивалентно снижению коэффициента передачи для сигнала помехи. Эквивалентный сигнал помехи на входе усилителя 10 переменного тока определяется при этом коэффициентом усиления усилителя 10 переменного тока и уровнем ограниченного на его выходе напряжения.

Учитывая, что длительность сигнала помехи (определяемая длительностью управляющего сигнала) намного меньше длительности полезного сигнала, а величина последнего намного меньше сигнала помехи, в операционном усилителе обеспечивается ограничение выходного напряжения усилителя 10 переменного тока и, следовательно, его входного напряжения только в момент прихода сигнала помехи.Полезный сигнал усиливается усилителем 10 переменного тока без искажен поскольку уровень напряжения ограничения намного больше полезного сигнала.

При Достаточно больших значениях коэффициента усиления усилителя 10 переменного тока и малой дпительности сигнала помехи приведенное к входу среднее значение последнего может быть сведено к величине, ограниченной только собственными шумами усилителя.

Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом предлагаемьй операционный усилитель обладает повьш1енной точностью работы за счет снижения ЭДС смещения и входного тока.

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий дифференциальный усилитель постоянного тока, к инвертирующему входу которого подключен выход разделительной емкостно-резистивной цепи, вход которой является входом операционного усилителя и соединен с входом первого фильтра низких частот, к выходу которого подключен первый вьгоод токоограничивающего резистора, второй вывод которого соединен с первой обкладкой первого разделительного конденсатора, а через первьй ключ подключен к шине нулевого потенциала, вторая обкладка первого разделительного конденсатора подключена к входу усилителя переменного тока, к выходу которого подключена первая обкладка второго разделительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с первым выводом зарядно-разрядного резистора, третий разделительный конденсатор, второй фильтр низких .частот, вход которого через второй ключ соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго фильтра низких частот подключен к неинвертирующе- му входу- дифференциального усилителя постоянного тока, вькод которого является выходом операционного усилителя, генератор управляюпщх импульсов, выход которого подключен к управляющим входам ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы за счет уменьшения ЭДС смещения и входного тока, в него введены нелинейный злемент с зоной нечувствительности и (Л дополнительный зарядно-разрядный рес зистор, причем вход усилителя переменного тока через дополнительный зарядно-разрядный резистор соединен с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка второго разделительного конденсатора через третий разделиСП тельный конденсатор подключена к О) входу второго фильтра низких частот, о со второй вывод зарядно-разрядного резистора соединен с шиной нулевого СлЭ потенциала, вторая обкладка .второго разделительного конденсатора подключена к входу нелинейного элемента с зоной нечувствительности, выход которого соединен с первой обкладкой первого разделительного конденсатора.