Усилитель постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H03F3/45 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляусиления разностных и ослабления синфазных сигналов.

Известен усилитель постоянного тока, содержащий операционный усилитель, дифференциальный каскад на полевых транзисторах, два резистора, два переключателя и запоминающее устройство, состоящее из дифференциального каскада на полевых транзисторах, трех конденсаторов и двух переключателей.

Недостатком такого устройства является малый коэффициент ослабления синфазного сигнала и трудность твердотельного исполнения вследствие большбго количества конденсаторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является усилитель, содержащий три операционных усилителя и элемент с отрицательным сопротивлением, причем первый, второй и

третий операционные усилители охвачены через соответствующий первый, второй и третий резисторы отрицательными обратными связями. Неинвертирующие входы первого и второго операционньГх усилителей являются дифференциальным входом усилителя, а их инвертирующие входы через резистивный делитель соединены между собой. Выходы первого и второго операционных усилителей через четвертый и пятый резисторы подключены к дифференциальному входу третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через шестой резистор соединен с общей щиной, а выход является выходом усилителя. Элемент с отрицательным сопротивлением подключен между средней точкой резистивного делителя и общей шиной.

Недостатком известного устройства является большой температурный дрейф нуля, что ограничивает его точностные характеристики.. Цель изобретения - уменьшение дрейфа нуля.

Поставленная цель достигается тем, что усовершенствуется усилитель постоянного тока, содержащий первый, второй и третий операционные усилители, выхрд первого операционного усилителя соединён с инвертирующим входом через первый резистор, а через второй резистор - с первым выводом третьего резистора. Выход, второго операционного усилителя соединен с инвертирующим входом через четвертый резистор, а через пятый резистор - с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, причем между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей введен шестой резистор, неинвертирующий вход третьего операционного усилителя через седьмой резистор соединен с общей шиной.

Отличительным признаком усилителя постоянного тока является то, что в него введены первый, второй и третий переключатели, конденсатор, восьмой резистор, ключ и блок выборки-хранения, причем вход первого переключателя соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, первый выход является первым входом устройства, а второй выход соединен с общей шиной. Вход второго переключателя соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя. Первый выход .является вторым входом устройства, второй выход соединен с общей шиной. Вход третьего переключателя соединен с выходом третьего операционного усилителя и с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом устройства. Первый выход соединен с вторым выводом третьего резистора, а второй выход - с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и через конденсатор с первым выводом третьего резистора, а через последовательно соединенные восьмой резистор и ключ - с общей шиной. При этом первый, второй, третий переключатели и ключ управляются противофазно, а первый и второй входы устройства являются дифференциальными входами.

Опишем работу предлаУ-аемого устройства в двух режимах.

В режиме коррекции суммируются и запоминаются на конденсаторе с определенным коэффициентом пропорциональности и знаком напряжения, обусловленные дрейфом напряжения смещены нуля всех операционных усилителей, которые входят в состав усилителя постоянного тока.

При этом величины коэффициентов пропорциональности и знаки суммируемых напряжений выбираются из условия обеспечения компенсации дрейфа нуля усилителя постоянного тока в режиме усиления.

На чертеже приведена функциональная схема усилителя постоянного тока.

Усилитель постоянного тока содержит

0 три операционных усилителя 1-3, первый 4 и второй 5 переключатели, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12 резисторы, конденсатор 13, восьмой резистор 14, ключ 15,

5 третий переключатель 16, блок 17 выборки-хранения.

В усилителе постоянного тока элементы соединены следующим образом.

Входы первого 4 и второго 5 переключателей подключены к неинвертирующим входам соответственно первого 1 и второго 2 операционных усилителей. Первые выходы первого 4 и второго 5 переключателей являются дифференциальными входами устройства, а вторые выходы подключены к общей шине. Первый операционный усилитель 1 охвачен отрицательной обратной связью через первь(й резистор 6, выход первого операционного усилителя 1 через второй

0 резистор 7 подключен к первому выводу третьего резистора В. Второй операционный усилитель 2 охвачен отрицательной обратной связью через четвертый резистор 9. Выход второго операционного усилителя 2 через пятый резистор 10 подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя 3. Инвертирующие входы первого 1 и второго 2 операционных усилителей соединены

0 между собой через шестой резистор 11. Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с общей шиной через седьмой резистор 12.

Точка соединения второго 7 и третьего

5 В резисторов через конденсатор 13 соединена с инвертирующим входом третьего операционного усилителя 3, а через последовательно соединенные восьмой резистор 14 и ключ 15 - с обЩей шиной. Третий переключатель 16 входом, первым и вторым выходами соответственно соединен с выходом третьего операционного усилителя 3, с вторым выводом третьего резистора Вис инвертирующим входом третьего

5 операционного усилителя 3. Блок 17 выборки-хранения входом соединен с выходом третьего операционного усилителя 3, а выход его является выходом устройства. Блок 17 выборки-хранения содержит ключ 18, резистор 19 и конденсатор 20. Предлагаемый усилитель постоянного тока работает следующим образом. Режим коррекции. Режиму коррекции соответствует положение переключателей противоположное тому, какое показано на чертеже. В этом режиме напряжение смещения второго операционного усилителя 2 (Есм2) поступает на резистивный делитель, состоящий из пятого резистора 10 (R5) и седьмого резистора 12 (R7). На неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 3, который в режиме коррекции для сигнала Есм2 представляет собой неинвертирующий повторитель, поступает напряжение R7/(R5+R7). 1 Вследствие этого на обкладке конденсатора 13, подключенной к инвертирующему входу третьего операционногЪ усилителя 3, устанавливается напряжение UKI. На другой обкладке конденсатора 13 устанавливается напряжение R8/(R2+R8), где R2, R8 - соответственно сопротивление второго резистора 7 и восьмого, резистора 14. Таким образом, на конденсаторе 13 запоминается напряжение UK EcM2-R7/(R5+R7)-EcMrR8/(R2+R8). Режим измерения. Ъ режиме измерения, которому соответствует положение переключателей, показанное на чертеже, на входы дифференциального усилителя, реализованного на третьем операционном усилителе 3 и резисторах 7,8,10, .12, поступают напряжения Uci+ Есм1 и Uc2+ Есм2, где Del и Uc2 - напряжения, разность которых подлежит усилению. Для вывода уравнения коэффициента передачи дифференциального усилителя учетом, что разность напряжений между входами усилителя О, а токи сигналов не ответвляются на входы операционного усилителя 3, и составляем систему уравнений Ucl+EcMl-(UBx-UK)/R2 (UBx-UK)-UBbix /R3, UBx(Uc2+EcM2) R7/(R5+R7),гдеУвх и UBX -напряжения соответственно на неинвертирующем и инвертирующем входах третьего операционного усилителя 3; R3 - сопротивление третьего резистора8. Учитывая (1) и то, что для дифференциального усилителя необходимо выполнение условий R2 R5, R3 R7, а для компенсации дрейфа нуля - выполнение услоВИЯ R3 R7 R8, решаем систему уравнений (2). В результате получаем UBbix(Uc2-Uci)-R7/R5, т.е. выходной сигнал предлагаемого усилителя постоянного тока не зависит от напряжения смещения нуля и его дрейфе первого 1 и второго 2 операционных усилителей. Напряжение смещения нуля третьего операционного усилителя 3 в режиме коррекции запоминается на конденсаторе 15, а затем в режиме измерения вычитается из входного сигнала дифференциального усилителя. Таким образом, в предлагаемом усили-. теле постоянного тока компенсируются дрейфы нуля всех операционных усилителей. По сравнению с прототипом предлагаемый усилитель постоянного тока имеет преимущество, заключающееся в возможности уменьшения дрейфа нуля. В предлагаемом усилителе величина температурного дрейфа нуля, приведенного к входу, составляет сотые доли мкВ/град. Усилитель постоянного тока может быть использован в инструментальных усилителях, которые используются для усиления малых дифференциальных сигналов, проходящих, например, от датчиков, на уровне больших синфазных сигналов. Формула изобретения Усилитель постоянного тока, содержащий первый, второй и третий операционные усилители, выход первого операционного усилителя соединен с инвертирующим входом через первый резистор, а через второй резистор - с первым выводом третьего резистора, выход второго операционного усилителя соединен с инвертирующим входом через четвертый резистор, а через пятый

резистор - с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, причем между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей введен шестой резистор, неинверт рующий вход третьего операционного усилителя через седьмой резистор соединен с общей щиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения дрейфа нуля, введены первый, второй и третий переключатели, конденсатор, восьмой резистор, ключ и блок выборки-хранения, причем вход первого переключателя соединен с неинвертир /ющим входом первого операционного усилителя, первый .выход является первым входом устройства, а второй выход соединен с общей шиной, вход второго переключ-этеля соединен с неинвертирующим

входом второго операционного усилителя, первый выход является вторым входом устройства, второй выход соединен с общей шиной, вход третьего переключателя соединен с вь1ходом третьего операционного усилителя и с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом устройства, первый выход соединен с вторым выводом третьего резистора, а второй выход - с инвертирующим входом третьего операци0онного усилителя и через конденсатор с первым выводом третьего резистора, а через последовательно соединенные восьмой резистор и ключ - с общей щиной, при этом первый, второй, третий переключатели и

5 ключ управляются противофазно,а первый и второй входы устройства являются дифференциальными входами.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для усиленияразностных и ослабления синфазных сигналов. Цель изобретения - компенсация дрейфа нуля. Усилитель постоянного тока содержит первый, второй и третий операционные усилители, первый, второй и третий переключатели, ключ, блок выборки-хранения, конденсатор. Благодаря введению первого, второго, третьего переключателей, ключа, конденсатора и блока выборки-хранения обеспечивается компенсация дрейфа нуля всех операционных усилителей. 1 ил.

/Г

7

и,

О