Усилитель постоянного напряжения Советский патент 1990 года по МПК H03F3/38 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к М-ДМ-уси- лителям постоянного напряжения для усиления малых постоянных напряжений на фоне сильных помех в виде переменных напряжений.

Известен М-ДМ-усилитель, содержащий последовательно соединенные модулятор, усилитель переменного сигнала и демодулятор; а также цепь обратной связи ЈПМ-ДМ-усилитель обладает недостаточно высокой точностью из-за недостаточной помехоустойчивости.

Наиболее близким по техц меской сущности к предлагаемому является усилитель постоянного напряжения, со-

держащий последовательно соединенные модулятор с дифференциальным входом, первый усилитель переменного напряжения, полосовой фильтр, второй усилитель переменного напряжения, демодулятор, интегратор, выход которого через цепь обратной связи подключен к второму входу модулятора с дифференциальным входом, а также генератор управления, выход которого соединен с входами управления модулятора с дифференциальным входом и демодулятора 2J.

Известный усилитель постоянного напряжения обладает недостаточно вьсокой точностью из-за низкого уровня помехозащищенности.

СП

0 s

Ј

3 4ь

Цель изобретения - повышение точности путем повышения помехозащищен- нос ти.

Поставленная цель достигается тем, что в усилитель постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные модулятор с дифференциальным входом, первый усилитель переменного напряжения, полосовой фильтр, второй усилитель переменного напря- же«ия, демодулятор, интегратор, выход которого через цепь обратной связи подключен к второму входу модулятора с дифференциальным входом, а также генератор управления, выход которого соединен с входами управления модулятора с дифференциальным входом и демодулятора, между выходом первого усилителя переменного напряжения и вторым входом модулятора с дифференциальным входом введены последовательно соединенные дополнительный демодулятор, дополнительный полосовой фильтр, преобразователь напряжение - ток, причем выход генератора управления соединен с входом управления дополнительного демодулятора.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема усилителя по- стоянного напряжения; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы напряжений в

разньк точках схемы.

Усилитель постоянного напряжения

содержит модулятор 1 с дифференциальным входом - с первым 2 и вторым 3 входами, первый усилитель 4 переменного напряжения, полосовой фильтр 5, второй усилитель 6 переменного напряжения, демодулятор 7, интегратор 8, цепь 9 обратной связи, генератор 10 управления, дополнительный демодулятор 11, дополнительный полосовой фильтр 12, преобразователь 13 напряжение - ток.

Усилитель постоянного напряжения работает следующим образом.

На первый вход 2 подается сумма усиливаемого постоянного напряжения (фиг.2а,1) и помехи (фиг.2а, II) - обычно синусоида с частотой 50 Гц. Ввиду того, что усиление по внешнему контуру, содержащему цепь 9 обратной связи, весьма большое, на втором входе 3 имеем также постоянное напряжение (фиг.26, II), практически совпадающее по значению с напряжением (фиг.26, II). На постоянное напряжение (фиг.26, II) наклады

, Q 5 0 5

g

с

5

0

вается переменное напряжение (фиг.26, I), создаваемое дополнительной цепью обратной CBHSH (дополни- тельный демодулятор 11, дополнительный полосовой фильтр 12, преобразователь 13 напряжение - ток), приближенно равное с напряжением (фиг.2а, I).

Модулятор 1 модулирует разность напряжений, поданных на первый 2 и второй 3 входы, перемножая указанную разность с напряжением (фиг.2в) типа(меандр, подаваемым с выхода генератора 10 на вход управления модулятора 1 .

Напряжение (фиг.2г) на входе первого усилителя 4 практически не содержит составляющей с частотой модуляции (из-за равенства напряжений, фиг.2а, II и 6,11), преобладающим оказывается результат модуляции разности напряжений фиг.2а,1 и 6,1,

В первом усилителе 4 происходит широкополосное усиление напряжения (фиг,2г). Дальнейшее преобразование этого напряжения происходит в последующих блоках аналогично с: на выходе усилителя постоянного напряжения наблюдается постоянное напряжение, в К раз превышающее входное напряжение (фиг.2а, II), если цепь 9 обратной связи представляет собой резистивньй делитель с коэффициентом деления 1/К.

Предположим, что напряжение на входе полосового фильтра 5, поступающее также на вход дополнительного демодулятора 11, представляет собой сумму двух составляющих: напряжения (фиг.2д) как результата модуляции и усиления разности напряжений (фиг.2а, I и б, I) и напряжения (фиг.За) с частотой модуляции, обусловленного дрейфом нуля модулятора 1 и неточным совпадением напряжений (фиг.2а, II и б, II).

Напряжение (фиг.2д) при его значительной амплитуде и является причиной возможных перегрузок в тракте усиления.

Ввиду того, что дополнительный демодулятор 11 - цепь линейная, можем рассматривать дальнейшее преобразование напряжений (фиг.2д и За) раздельно. В дополнительном демодуляторе 11 напряжение (фиг,2д) перемножается с напряжением (фиг.2в), подаваемым с выхода генератора 10 на ВХОРР

управления дополнительного демодулятора 1 I . В результате на вход дополнительного полосового фильтра 12 подается напряжение (фиг.Зб), по форме мало отличающееся (обычно синусоида) от напряжения помехи (фиг.2а, I), действующего на первом входе 2. Аналогично результатом преобразования напряжения (фиг.За) в дополнительном демодуляторе 11 является постоянное напряжение (фиг.Зг). На входе дополнительного полосового фильтра 12 таким образом наблюдается сумма напряжений (фиг.Зб и в).

Дополнительный полосовой фильтр 12 выполняет три функции: предотвращает проникновение постоянного напряжения (фиг.Зв) на вход преобразователя 13 напряжение - ток, корректирует частотную характеристику по контуру цепи прямого усиления (блоки 1, 4-8) и обратной связи (блоки 11-13) с целью обеспечения устойчивости контура и достижения максимальной помехозащищенности всего усилителя и подавляет паразитную пульсацию с частотой модуляции на выходе дополнительного демодулятора 11. На входе преобразователя 13 напряжение - ток поэтому наблюдается переменное (синусоидальное) напряжение (фиг.Зг) без постоянной составляющей в общем случае с амплитудой и фазой, отличающимися от соответствующих параметров напряжения на входе дополнительного полосового фильтра 12.

Цель применения преобразователя 13 напряжение - ток - обеспечивать суммирование сигналив с выходов цепи 9 обратной связи и дополнительного

полосового фильтра 12 на втором входе 3 модулятора 1 без ухудшения точности коэффициента усиления всего усилителя постоянного напряжения. Цепь обратной связи 9 имеет определенное прецизионными резисторами точное выходное сопротивление и поэтому подключение низкоомных цепей параллельно выходу цепи 9 обратной связи недопустимо.

Напряжение (фиг.26, I) на втором входе 3 модулятора 1 создается путем преобразования напряжения (фиг.2г) в пропорциональный ток в преобразо-

вателе 13 напряжение - ток (имеет высокое выходное сопротивление) . и дальнейшим пропусканием этого тока червь выходное сопротивление цепи 9 обратной связи,

Таким образом, в предлагаемом усилителе обеспечивается повышение точности путем повышения помехоустойчивости.

а

Усилитель постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные модулятор с дифференциальным входом, первый усилитель переменного напряжения, полосовой фильтр, второй усилитель переменного напряжения, демодулятор, интегратор, выход которого через цепь обратной связи подключен к второму входу модулятора с дифференциальным входом, а также генератор управления, выход которого соединен с входами управления модулятора с дифференциальным входом и демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем повышения помехозащищенности, между выходом первого усилителя переменного напряжения и вторым входом модулятора с дифференциальным входом введены последовательно соединенные дополнительный демодулятор, дополнительный полосовой фильтр, преобразователь напряжение - ток, причем выход генератора управления соединен с входом управления дополнительного демодулятора.

б

фае. 2