Регулируемый измерительный усилитель Советский патент 1991 года по МПК H03G3/20 

t

(21)4691445/05

(22)04.04.89

(46) 30.04.91. Бюп. 16

(71)Специальное конструкторское бюро по приборостроению средствами автоматизации

(72)Н.И. Коровин

(53)621.396.6о6(088.8)

(56)Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС.

М.: Мир, 1985, рис. 11.25, с. 392.

(54)РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

(57)Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности при реверсировании коэффициента усиления. Регулируемый измерительный усилитель содержит резисторы

1-4, переменный резистор 5 в виде потенциометра, операционные усилители 6 н 7 и дифференциальный усилитель 8. В данном усилителе нестаоильное переходное сопротивление переменного резистора 5 не входит в измерительную цепь, т.к. включено последовательно с большим сопротивлением входа операционного усилителя 6. Это способствует повышению точности коэффициента усиления. Кроме того, резисторы 3-5 имеют синхронный дрейф (нестабиль-., ность) и их отношение является постоянной величиной, что также способствует повышению точности коэффициента усиления. Наличие расширенного набора регулировочных зависимостей в измерительном усилителе расширяет его область применения. 1 ил.

3

k/

Изобретение относится к радиотехнике и может быть применено для аналоговой функциональной обработки сигналов в различных системах и устройствах.

Цепь изобретения - повышение точности при реверсировании коэффициента усиления.

На чертеже приведена принципиальная схема регулируемого измерительного усилителя.

Регулируемый измерительный усилитель содержит первый, второй, третий и четвертый резисторы 1 - 4 переменный резистор 5, первый и второй и операционные усилители 6 и 7 и дифференциальный усилитель 8.

Регулируемьв измерительный усилитель работает следующим образом.

Введем некоторые обозначения. Сопротивление резисторов будем обозначать буквой К с индексом, соответствующим обозначению резистора на чертеже. Относительное положение движка переменного резистора 5, включенного по схеме потенциометра (трех- выводное подключение) обозначим через &. Поэтому части потенциометра соответственно выше и ниже движка по чертежу имеют сопротивление обК; (. На первом входе регулируемого измерительного усилителя действует напряжение U4 , на втором 1)2, на выходе Uj. Все три операционные усиОЈь ОЭ

Јь

35

лителя (ОУ) охвачены отрицательной обратной связью. Это означает, что между входами каждого операционного усилителя устанавливается нулевое напряжение (напряжением входного смещения пренебрегаем). Таким образом, к среднему отводу переменного резистора приложено напряжение U-j, а к отводу на третьем и четвертом резне- fg торах делителя приложено напряжение 11г. Как следствие напряжений U4, U2 устанавливаются определенные значения напряжений . Выведем передаточное уравнение измерительного J5 усилителя. Можно записать следующие уравнения:

ue-uf(or-ol).-olTiu-uT

t

и7 -V(Vu2)| u-(

+1 -U«-f (2)

Из зить

равенства (1), (2) можно вира;4rn-h l 4

1- R; та ОУ nh h(ti 1) з

R t-ol

и,г;т:« - «

Обозначим эквивалентное сопротивление параллельно соединенных переменного резистора 5 (со стороны крайних выводов) и резистивного делителя на

третьем и четвертом резисторах 3,4 через

R . 1ЈЈ&1&

H,+R4+R5

SO

Примем обычно выполняемое равенство R,- RJ.-R. .Кроме того, обозначим

;R

(отношение резисторов -у

К3

выразим напряжение 1} + , Vf no форму- 55 лач

М. Затем

U4- Ue-(U7-U,)M, Uj-Uy-U -U M

(5) (6)

Далее найдем, используя равенства (5), Ы

UU U4-U5 (U6-U7)(2M+1). (7)

Из зависимостей (3), (4) выразим следующую разность

vv-sr- - T.-V-,

о/

1R, 1-C6

Подставим равенство (8) в формулу (7) получим

AuaU4.v ati-. ()

О)

R Т1,

Затем, обозначив коэффициент передачи дифференциального усилителя,получим выходное напряжение U. измерительного усилителя

u,-(u4-Bf - V |f-

|- Т-.

к, i-cd

+ОтЬ(иги,).

(Ю)

Следовательно, коэффициент усиления регулируемого измерительного усилителя равен

(- +0 U 1-fl

(11)

Из формулы (11) видно, что изменение знака реверсирования коэффициента усиления происходит при

,1

(12)

+ 1

Это соответствует балансу четырех- плечего моста, плечами которого являются сопротивления 6lR5, (1-oORj.; R9; Такое усложненное построение элемента регулировки коэффициента усиления и позволяет достичь цели изобретения. В регулируемом измерительном усилителе нестабильное переходное сопротивление контакта переменного резистора 5 вынесено в диагональ (за диагональ) упомянутого моста. Оно не входит в измерительную цепь, так как включено последовательно с большим (не менее 200 кОм) сопротивлением входа первого операционного усилителя. , Это и способствует повышению точности

516460

коэффициента усиления. Кроме того, в формулу (11) для коэффициента усиления входят отношения лишь однородных (одного типа) резисторов, в частности

R JL К f5

, )й Резисторы, входящие

в упомянутые отношения, имеют синхронный дрейф (нестабильность), при этом их отношение является более постоян- Q ной величиной. Это также способствует повышению точности коэффициента усиления.

Из целей получения симметричности регулировки в формуле (11) целесооб- t5 разно положить R $ R.

С учетом этой подстановки выражение (И) преобразуется к виду

К

2N(2M+1Ј 1Z2C6

(13)

Покажем далее возможность получения различного набора регулировочных зависимостей коэффициента усиления. Выражение (11) можно преобразовать к виду

К

ри К

М(2М+1)

Й31Г17

VR3 ) Ч

N(2M-H2 075-16

(14)

(15)

35

Это выражение свидетельствует об обратной регулировочной зависимости, при которой параметр регулировки находится в знаменателе выражения (15). Возможны различные вариации этой регулировки. Положив в выражение (15) она-40 к инвертирующему входу второго оператель, содержащий первый и второй операционные усилители, неинвертирующие входы которых являются входами регулируемого измерительного усилителя, и дифференциальный усилитель, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, а его выход является выходом регулируемого измерительного усилителя, при этом между выходами первого и второго операционных усилителей включены последовательно соединенные первый резистор, переменный резистор и второй резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при реверсировании коэффициента усиления, в него введены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, подключенные параллельно переменному резистору, а точка их соединения подключена

а затем R со, можно

чала R 9 оо , получить следующие регулировочные зависимости (без изменения знака коэффициента усиления)

N(2M-t)

ос

(16)

V

N(2M+O Т

(17)

В первом случае при увеличении параметра еЈ (относительного положения среднего вывода переменного реэпсто- ра 5) коэффициент усиления уменьшается, оставаясь отрицательным. Во втором же случае он при тех же условиях увеличивается, будучи положительным. Наличие расширенного набора регулировочных зависимостей в предложенном измерительном усилителе расширяет его область применения. Формула изобретения

Регулируемый измерительный усили-

к инвертирующему входу второго оператель, содержащий первый и второй операционные усилители, неинвертирующие входы которых являются входами регулируемого измерительного усилителя, и дифференциальный усилитель, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, а его выход является выходом регулируемого измерительного усилителя, при этом между выходами первого и второго операционных усилителей включены последовательно соединенные первый резистор, переменный резистор и второй резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при реверсировании коэффициента усиления, в него введены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, подключенные параллельно переменному резистору, а точка их соединения подключена

ционного усилителя, при этом переменный резистор выполнен в виде потенциометра, средний вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя.