Способ измерения ЭДС смещения операционных усилителей и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01R31/28 

Од СО

О5

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть Использовано при измерении парамет- ров операционных усилителей (ОУ)„

Цель изобретения - повышение точности измерения в области 1алых значений за счет улучшения соотношения ;игнал/шум на выходе устройства, которое достигается при помощи модуляции ЭДС смещения, ее усиления и демодуляции.

I При измерении предлагаемым спосо- 5ом ЭДС смещения операционного усилителя является полезным сигналом 5 процессе измерения ЭДС смещения €уля операционного усилителя компен- ;ируют по цели отрицательной обрат- 1ОЙ связи, измеряют величину компен- :ирующего напряжения и по ее величине определяют ЭДС смещения операционного усилителя. Для повьшения точности измерения в области малых значений периодически коммутируют цепь ()трицательной обратной связи с инвер тирующего на неинвертирующий вход,при подключении к неинвертирующему входу операционного усилителя компенсирую- цее напряжение инвертируют, измеряют суммарную амплитуду обеих полуволн полученного переменного компенсирую- его напряжения, Тоео благодаря опи- |;анной последовательности действий удается промодулировать ЭДС смещения |1змеряемого ОУ и одновременно ском- )|1енсировать выходное напряжение ОУ„ I На чертеже представлена структур- ая схема устройства для измерения ДС смещения операционных, усилителей Устройство содержит масштабные ре фисторы 2, симметрирующий резис- top 3, переключающие элементы 4 и 5, Э которых первые и вторые контакты 1)сормально замкнуты, а третьи и вторы формально разомкнуты, генератор 6, Измеряемый операционный усилитель 7, Контактирующее устройство с клемма- йи 8 - 10, вспомогательный усилитель И, модулятор 12, синхронный детектор 13 и вольтметр 14„

Выход измеряемого ОУ 7 через клемму 10 соединен с первым входом вспомогательного усилителя 11, второй которого соединен с нулевой щи- йой, а выход - с входом модулятора 12, выход модулятора соединен с вхо- jioM синхронного детектора 13 и пер- $ым вьгаодом масштабного резистора 1, 1 торой вывод которого соединен с

контактом I переключающего элемента 4, контактом III переключающего элемента 5 и с первым выводом масштабного резистора 2, второй вывод которого соединен с нулевой шиной, симметрирующий резистор 3 первым выводом соединен с нулевой шиной, а вторым вьшодом - с контактом III переключающего элемента 4 и контактом I перек- лючакицего элемента 5, контакт II переключающего элемента 4 соединен через клемму 8 с первым входом ОУ 7, а контакт II переключающего элемента 5 через клемму 9 - с вторым входом ОУ 7,, Генератор 6 соединен с управляющими входами переключающих элементов 4 и 5, модулятора 12 и синхронного детектора 13, выход которого соединен с входом вольтметра 14„

Устройство работает следующим обра зомь

При наличии высокого уровня управляющего импульса на выходе генератора 6 (первый такт), контакты II и III переключающих элементов 4 и 5 замыкаются и первый вход ОУ 7 подключается через симметрирующий резистор 3 к нулевой щине устройства, а второй вход - к точке соединения резисторов I и 2, образующих делитель обратной связи с

Модулятор 12 инвертирует напряжение, поступающее с выхода вспомогательного усилителя .11 , Часть инвертируемого напряжения с выхода модулятора 12 через делитель обратной связи поступает на второй вход ОУ 7, при зтом происходит компенсация ЭДС смещения ОУ и на его выходе устанавливается нулевое напряжение. На выходе вспомогательного усилителя I1 формируется напряжение

и Е -L- . BV см R

(1)

где , - ЭДС смещения измеряемого ОУ 7;

R - сопротивление резистора 1;

R - сопротивление резистора 2. При наличии низкого уровня управляющего импульса на выходе генератора 6 (второй такт) контакты I и II переключающих элементов 4 и 5 замыкаются и первый вход ОУ 7 подключается к точке соединения резисторов 1 и 2, а второй вход ОУ 7 через резистор 3 соединяется с общей шиной устройства „

31

При этом модулятор не инвертирует напряжение, поступающее с выхода вспомогательног о усилителя 11 ,и на первый вход ОУ У через цепь отрицательной обратной связи поступает часть усиленного неинвертированного напряжения.

Аналогично первому такту во втором такте происходит компенсация ЭДС смещейия ОУ, и на его выходе ус- танагливается нулевое напряжение, а на выходе вспомогательного усилителя формируется постоянное напряжение, определяемое по формуле ,(1).

В процессе чередования тактов ЭДС смещения ОУ 7 модулируется и на выходе модулятора 12 формируется переменное напряжение прямоугольной формы, амплитуда которого пропорциональна ЭДС смещения ОУ и равна

см

Jiiii р. о

В процессе осуществления способа напряжение шумов, поступающего на выходные цепи измеряемой схемы модуляции (так как элементы 4 и 5 совместно с ОУ 7 представляют собой фактически балансный последовательно-парал- лельный модулятор), усиливается самим ОУ 7 и вспомогательным усилителем 11, а затем демодулируется модулятором 12,,

Таким образом, на выходе модуля- тбра 12 на фоне немодулированного шума имеется промодулированный сигнал пропорциональный ЭДС смещения измеряемого ОУ 7.

Эта смесь сигнала и шума поступа- ет на синхронный детектор 13. Синхронный детектор 13 демодулирует полезный сигнал и модулирует нап ряже- ние щумов, а затем осуществляет усреднение „ После усреднения промодули- рованное напряжение шумов подавляется

Итак, синхронный детектор 13 выделяет полезный сигнал из смеси сигнал/шум и преобразует его в постоянное напряжение

и. Е,

Е,+Ег

которое измеряется вольтметром

ЭДС смещения вычисляется по муле

Е

и

Ra

Модулирование ЭДС смещен1гя ОУ и получение переменного сигнала с амплитудой, пропорциональной и-.амерясмс11 ЭДС смещения, дает возможность применять синхронное детектирование, которое улучшает соотношение сигнал/ шум.

Формула изобретения

15

20

25

о30-л, е40- 45 50

55

1.Способ измерения ЭДС смещения операционных усилителей, заключающийся в том, что компенсируют по цепи отрицательной обратной связи величину ЭДС смещения нуля операционного усилителя, измеряют величину компенсирующего напряжения, определяют по величине компенсирующего напряжения величину ЭДС смещения нуля операционного усилителя, отлич ающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения в области малых значений, периодически коммутируют цепь отрицательной обратной связи с инвертирующего на неинвертирующий вход, при подключении к неинвертирующему входу компенсирующее напряжение инвертируют, измеряют суммарную амплитуду обеих полуволн полученного переменного компенсирующего напряжения.

2,Устройство измерения ЭДС сме

щения операционных усилителей, содержащее первую и вторую клеммы для подключения входов объекта контроля, клемму для подключения выхода объекта контроля, вспомогательный усилитель, симметрирующий резистор, первый и второй масштабные резисторы и вольтметр, первый вход вспомогательного усилителя соединен с клеммой для подключения выхода объекта контроля, первый и второй масштабные резисторы соединены первыми выводами между собой, а второй вьшод второго масштабного резистора и первый вывод симметрирующего резистора соединены с нулевой шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью повьшзения точности измерения малых величин ЭДС смещения, в устройство дополнительно введены модулятор,синхронный детектор, два переключающих элемента и генератор, причем выход вспомогательного усилителя соединен с входом модулятора, выход которого соединен с входом синхронного детектора и вторым выводом первого масш514116966

Жабного резистора, первая и втораявым неподвижным контактом второго пеlkлeммы для подключения входов объек-реключающего элемента, второй неподta контроля соединены с подвижными вижный контакт которого соединен с

)сонтактами соответственно первого первым выводом первого масштабного

М второго переключающих элементов,резистора, выход генератора соединен

jiiepBHe выводы первого и второго масш-с управляющими входами переключающих

габных резисторов соединены с первымэлементов, модулятора и синхронного

1 еподвижным контактом первого .перек-детектора, выход которого соединен

лючающего элемента, второй вывод юс входом вольтметра, второй вход

симметрирующего резистора соединен вспомогательного усилителя соединен

с, вторым неподвижным контактом пер- с нулевой шиной устройства« Еого переключающего элемента и с пер

Изобретение позволяет повысить точность измерения малых величин ЭДС смещения операционных усилителей. Устройство содержит масштабные резисторы 1 и 2, симметрирующий резистор 3, вспомогательный усилитель 11 и вольтметр 14 о Введение генератора 6, модулятора 12, синхронного детектора 13, переключающих элементов 4 и 5 и образование новых функциональных связей улучшают соотношение сигнал/шум на выходе устройства, которое достигается при помощи модуляции ЭДС смещения, ее усиления и демодуляции. 2 СоПо ф-лы, 1 ил о (Л