Аналоговый переключатель Советский патент 1989 года по МПК H03K17/10 H03K17/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах коммутации, модуляции и преобразования сигналов.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона изменения уровня входного сигнала, при котором обеспечивается линейность передаточной характеристики, и расширение функциональных возможностей переключателя путем введения второго операционного усилителя, второго усилителя мощности и пяти резисторов и за счет симметрирования выходных цепей, нагрузок и цепей обратных связей операционных усилителей, благодаря чему в любом из положений переключателя на выход первого операционного усилителя подключается один из двух усилителей мощности, которые имеют равные нелинейности вольт-амперных характеристик и охвачены общей обратной связью. При этом также осуществляется переключение аналогового сигнала между одной входной клеммой и двумя выходными, чем достигается расширение функциональных возможностей переключателя .

На чертеже приведена функциональ- ная схема аналогового переключателя. Аналоговый переключатель содержит два операционных усилителя 1 и 2, семь резисторов 3-9, четыре ключа 10- 13, управляющие входы которых подключены к управляющей клемме 14, и два усилителя 15 и 16 мощности, выходы которых соединены соответственно с. первой и второй выходными клеммами 17 и 18 устройства. При этом входная клемма 19 соединена с неинвертирующим входом операционного усилителя 1, выход которого подключен к первому |Выводу первого резистора 3 и входам первого 10 и второго 11 ключей. Об- ,щая шина 20 соединена с неинвертирую- щим входом второго операционного усилителя 2, выход которого подключен к первому выводу второго резистора 4 и входам третьего 12 и четвертого 13 ключей. Вторые выводы резисторов 3 и 4 соединены между собой и с инвертирующим входом операционного усилителя 2. Выход ключа 10 соединен с первыми выводами третьего и пятого резисторов Ь и 7 и входом первого усилителя мощности, выход которого подютнян н к парному выводу шестого ррзиг . Выход ключа 11 соединен

Q 5 0 5

0 5 0 5

5

с первым и вторым выводами четвертого и третьего резисторов 6 и 5, а также с входом второго усипителя 16 мощности, выход которого подключен к первому выводу седьмого резистора 9. Вторые выводы резисторов 8 и 9 соеди иены между собой и с инвертирующим входом операционного усилителя 1, Выходы ключей 12 и 13 соединены с вторыми выводами резисторов 6 и 7.

Аналоговый переключатель работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на управляющей клемме 14 аналогового переключателя контакты первого 10 и третьего 12 ключей нормально замкнуты, а контакты второго 11 и четвертого 13 ключей нормально разомкнуты, что обеспечивает подключение к первой выходной клемме 17 через первый усилитель 15 мощности сигнала с выхода первого операционного усилителя 1 и подключение к второй выходной клемме 18 через второй усилитель 16 мощности сигнала с точки соединения резисторов 5 и 6 делителя, включенного между выходами обоих операционных усилителей. Операционный усилитель 1 с делителем из равных по величине резисторов 8 и 9 образует схему неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления, равным двум. При этом на входной клемме 19 устанавливается напряжение UBx, на выходе операционного усилителя 1 - 2U84+ Ди, на выходной клемме 17 - 2UBX , где Ugx - входное напряжение, Ди«л падение напряжения на ключе.

Операционный усилитель 2 с операционным усилителем 1 и делителем из равных по величине резисторов 3 и 4 образует схему инвертирующего усилителя с тем же коэффициентом усиления, у которого в точке соединения резисторов устанавливается нулевой потенциал, а напряжение на выходе операционного усилителя 2 устанавливается равным 2U 5;( + ЛИ кл со знаком, обратным входному сигналу. При идентичных параметрах ключей 10 и 12 в точке соединения равных по величине резисторов 5 и 6 устанавливается нулевой потенциал, который через усилитель 16 мощности поступает на вторую выходную клемму 18. В случае изменения неличины падения напряжения на ключах 10 и 12 или изменения уровня на- чяптншо гмешения усилителей 15 и 16

мопнос ги под о «jictii- : нием нес абили- эируюши:- фль:орпр (кагфимефs. температуры) происходит изменение выходного сигнала операционного усилителя 1 на величину, обеспечивающую сохранение прежнего уровня сигнала на первой выходной клемме 17. Это выполняется благодаря действию цепи обратной связи между инвертирующим входом операционного усилителя 1 и средней точкой делителя из резисторов 8 и 9. Одновременно происходит равное изменение выходного сигнала с операционного усилителя 2, сохраняющее нулевой уровень на второй выходной клемме 18 за счет действия цепи обратной связи между инвертирующим входом операционного усилителя 2 и средней точкой делителя из резисторов 3 и А. При поступлении сигнала на управляющую клемму 14 переключателя контакты ключей 10 и 12 размыкаются, а контакты ключей 11 и 13 замыкаются, что обеспечивает подключение к выходам операционных усилителей делителя из резисторов 5 и 7. Теперь в точке соединения равных резисторов 5 и 7 устанавливается нулевой потенциал, поступающий уже на первую выходную клемму 17. Сигнал с выхода операционного усилителя 1, равный значению 2UB, , через ключ 11 и усилитель 16 мощности поступает на вторую выходную клемму 18, т.е. произошло переключение удвоенного входного сигнала с первой выходной клеммы на вторую при сохранении уровня напряжения, равного входному сигналу, в точке соединения резисторов 8 и 9 и нулевого уровня в точке соединения резисторов 3 и 4. Постоянство уровней напряжения в симметричных цепях обратных связей обоих операционных усилителей, имеющих постоянную нагрузку на своих выходах, при идентичных параметрах ключей, усилителей мощности и равенстве внешних нагрузок на выходных клеммах переключателя обеспечивает равенство переходных процессов на выходах и повышенное быстродействие переключателя. Ограничения динамического диапазона изменения входного сигнала, при котором обеспечивается линейность модуляционной характеристики, здесь не происходит, так как в любом из положений переключателя на выход первого операционного усилителя включается один из двух усилителей мощности, имеющих

10

5

0

5

0

5

0

5

0

5

равные нелинейности вольт-амперных характеристик и охваченных общей об- ратной связью с точки соединения резисторов 8 и 9.

Таким образом, предлагаемый аналоговый переключатель по сравнению с прототипом за счет симметричности схемы обладает расширенным динамическим диапазоном изменения входного сигнала, при котором обеспечивается линейность модуляционной характеристики, и благодаря приобретенному свойству переключения аналогового сигнала между одной входной клеммой и двумя выходными обладает более широкой областью применения.

Формула изобретения

Аналоговый переключатель, содержащий первый операционный усилитель, первый и второй резисторы, четыре ключа, управляющие входы которых подключены к управляющей клемме; первый усилитель мощности, выход которого соединен с первой выходной клеммой устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона изменения уровня входного сигнала, при котором обеспечивается линейность передаточной характеристики, и расширения функциональных возможностей, введены второй операционный усилитель, пять резисторов, второй усилитель мощности, причем входная клемма соединена с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого подключен к первому выводу первого резистора и входам первого и второго ключей, контакты которых сооответст- венно нормально замкнуты и нормально разомкнуты, общая шина соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого подключен к первому выводу второго резистора и входам третьего и четвер- того ключей, контакты которых соответственно нормально замкнуты и нормально разомкнуты, вторые выводы первого и второго резисторов соединены между собой и с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход первого ключа соединен с первыми выводами третьего и пятого резисторов и входом первого усилителя мощности, выход которого подключен к первому выводу шестого резистора,

о

выход второго ключа соединен с пер-ды шестого и седьмого резисторов соевым и вторым выводами соответственнодинены между собой и с инвертирующим четвертого и третьего резисторов, авходом первого операционного усили- также с входом второго усилителя мощ-теля, выходы третьего и четвертого ности, выход которого подключен кключей соединены с вторыми выводами второй выходной клемме и первому вы-соответственно четвертого и пятого воду седьмого резистора, вторые выво-резисторов.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах коммутации, модуляции и преобразования сигналов. Целью изобретения является расширение динамического диапазона изменения уровня входного сигнала, при котором обеспечивается линейность передаточной характеристики, и расширение функциональных возможностей переключателя. Для достижения поставленной цели в переключатель, содержащий первый дифференциальный усилитель 1, первый 3 и второй 4 резисторы, четыре ключа 10-13 и первый усилитель мощности 15, дополнительно введены второй операционный усилитель 2, пять резисторов 5-9 и второй усилитель мощности 16. За счет симметрирования выходных цепей, нагрузок и цепей обратных связей операционных усилителей в любом положении переключателя на выходе первого операционного усилителя всегда подключен один из двух усилителей мощности, имеющих равные нелинейности передаточных характеристик и охваченных общей обратной связью. При этом также осуществляется переключение аналогового сигнала между одной входной клеммой и двумя выходными, чем достигается расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.