Коммутатор аналоговых сигналов Советский патент 1992 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к электронной технике, может быть использовано, например, для построения многоканального коммутатора аналоговых сигналов в измерительных системах, а также для построения входного коммутатора РЭА.

Известен электронный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход и выход которого объединены, два управляемых ключа, источники питания, изолированные от общего провода, причем операционный усилитель подключен к шинам источников питания через управляемые ключи.

К недостаткам известного устройства относится применение источников питания, изолированных от общего провода, а также низкий уровень ослабления сигнала в выключенном состоянии.

Наиболее близким к предлагаемому коммутатору является прецизионный коммутатор аналоговых сигналов, содержащий две ячейки коммутации с объединенными выходами, где ячейка коммутации содержит два управляемых нормально разомкнутых ключа, резистор, общий провод и операционный усилитель, в отрицательной обратной связи которого включены две параллельные цепи: первая -- резистор, вторая - последовательно соединенные два управляемых нормально разомкнутых ключа, точка соединения которых подключена к выходу ячейки коммутации, управляющие входы нормально разомкнутых ключей обьединены и соединяются с входом управления ячейки коммутации, вход которой подключен к неинвертируюш,ему входу операционного усилителя.

К недостаткам известного устройства относятся ограниченные функциональные возможности; работоспособность известного устройства зависит от величины входного тока операционного усилителя, что приводит к увеличению времени переключения коммутатора; отсутствие возможности инверсии коммутируемого сигнала; отсутствие возможности усиления коммутируемого сигнала.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей прецизионного коммутатора аналоговых сигналов,

Поставленная цель достигается тем, что в прецизионный коммутатор аналоговых сигналов, состоящий из двух и более ячеек коммутации с объединенными, выходами, где ячейка коммутации содержит два управляемых нормально разомкнутых ключа, резистор, общий провод и операционный усилитель, в отрицательной обратной связи

которого включены две параллельные цепи; первая - резистор, вторая - последовательно соединенные два управляемых нормально разомкнутых ключа, точка соединения

которых подключена к выходу ячейки коммутации, управляющие входы нормально разомкнутых ключей объединены и соединяются с входом управления ячейки коммутации, вход которой подключен к

неинвертирующему входу операционного усилителя, дополнительно введены управляемый нормально замкнутый ключ, включенный последовательно в первую отрицательную обратную связь операционного усилителя, где управляющий вход нормально замкнутого ключа соединен с входом управления ячейки коммутации, второй резистор, включенный последовательно во вторую отрицательную обратную

связь операционного усилителя, причем один из выводов второго резистора соединен с инверсным входом операционного усилителя, резистор масштабирования, первый вывод которого соединен с инверсным входом операционного усилителя, второй - с общим проводом, резистор компенсации, первый вывод которого сое-динен с неинверсным входом операционного усилителя, второй - с входом ячейки

коммутации, либо второй выводрезистора масштабирования соединен с входом ячейки коммутации, а второй вывод резистора компенсации соединен с общим проводом. Суть изобретения состоит в том, что введение нормально замкнутого ключа в первую отрицательную обратную связь операционного усилителя, резистора - во вторую отрицательную обратную связь операционного усилителя, резистора масштабирования и резистора компенсации обеспечивает выравнивание активной и пассивной обратных связей, возможность усиления,ослабления и инвертирования по фазе на 180° коммутируемого сигнала.

В прототипе при переходе ячейки коммутации из разомкнутого состояния в замкнутое состояние происходит изменение величины отрицательной обратной связи, что вызывает изменение режима работы

операционного усилителя и увеличение времени переключения из-за переходных процессов. В заявляемом устройстве активная и пассивная обратные связи одинаковые, что существенно уменьшает переходные

процессы и соответственно уменьшает время переключения.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства для двух каналов коммутации без инверсии коммутируемого сигнала. Устройство содержит две ячейки 1 и 2 коммутации, входы 3 и 4, источники 5 и 6 сигналов, входы 7 8 управления, выходы 9 и 10, которые соединены между собой, и нагрузку 11. Ячейка 1 коммутации содержит операционный усилитель 12, в отрицательной обратной связи которого содержатся две параллельные цепи,первая:последовательно соединенные нормально замкнутый ключ 13 и резистор 14 - пассивная обратная связь, вторая: последовательно соединенные нормально разомкнутые ключи 15 и 16 и резистор 17 - активная обратная связь. резистор 18 масштабирования, резистор 19 компенсации. Ячейка 2 коммутации выполнена идентично ячейке 1 коммутации. Устройство работает следующим образом. При поступлении на вход 7 управления ячейки 1 коммутации сигнала логической единицы, а на вход 8 управления ячейки 2 коммутации сигнала логического нуля ячейка 1 коммутации переходит в замкнутое состояние, а ячейка 2 коммутации в разомкнутое состояние. При поступлении на вход 7 управления сигнала логического нуля, а на вход 8 управления сигнала логической единицы ячейка 1 коммутации переходит в разомкнутое состояние, а ячейка 2 коммутации в замкнутое состояние. Если на вход 7 ячейки 1 коммутации поступает сигнал логического нуля, при этом ключ 13 замкнут и резистор 14 включается в отрицательную обратную связь{пассивная обратная связь) операционного усилителя 12, а ключи 15 и 16 разомкнуты и входной сигнал с входа 3 не поступает на выход 9 ячейки 1 коммутации - разомкнутое состояние ячейки 1 коммутации. Если на вход 7 ячейки 1 коммутации поступает сигнал логической единицы, то ключ 13 разомкнут, а ключи 15 и 16 замкнуты,, резистор 17 включается в отрицательную обратную связь (активная обратная связь) операционного усилителя 12 и иходной сигнал с входа 3 поступает на выход 9 ячейки 1 коммутации - замкнутое состояние ячейки 1 коммутации. Сопротивления резисторов 17 и 14 одинаковые, поэтому время установления ячейки 1 коммутации будет определяться только ключевыми элементами 13. 15 и 16. Ячейка 2 коммутации работает аналогично ячейке 1 коммутации. Инверсия входного сигнала достигается тем, что резистор 18 масштабирования отключается от общего провода и подключается к входу 3. а резистор 19 компенсации отключается от входа 3 и подключается к общему проводу. Коэффициент передачи входного сигнала определяется соотношением резисторов 17 и 18 и рассчитывается по формуле: .. Rl7+Rl8 .( -. ддд неинверсного включения: ix Rt7 К --р- для инверсного включения . где К - коэффициент передачи ячейки коммутации:Ri7. Ri8 сопротивление резисторов 17 и 18 соответственно. Высокий ко.эффициент ослабления входного сигнала к выходу ячейки в разомкнутом состоянии определяется тем. что одна из ячеек коммутации, находясь в замкнутом состоянии, имеющая низкое выходное динамическое сопротивление, гасит сигналы, проникающие через разомкнутые ячейки коммутации. Количество ячеек коммутации можно применять две и более, соединяя выходы между собой, причем ячейки, отдельно взятые, могут быть построены либо с инверсией входного сигнала, либо без инверсии и с любым коэффициентом передачи, что позволяет создапят, многофункциональные коммутаторы, где ячейки коммутации будут выполнять разные функции (инверсия, усиление, ослабление), объединенные в единый коммутатор. Формула изобретения Коммутатор аналоговых сигналов, состоящий из двух и более ячеек коммутации, с объединенными выходами, каждая из ячеек коммутации содержит операционный усилитель. инверт1.;рую1ций вход которого соединен с одним из выводов первого резистора, выход операционного усилителя подключен к одному из входов последовательно соединенных нормально разомкнутых ключей, управляющие входы которых объединены и подключены к шине управления, а точка соединения подключена к выходу ячейки ком.мутации. отличающийся тем. что. с целью расширения функциональных возможностей, введены нормально замкнутый ключ, второй резистор, резистор масштабирования и резистор компенсации, первый вывод которого соединен с неинверсным входом операционного усилителя, второй - со входом ячейки коммутации, один из выводов нормально замкнутого ключа соединен с выходом операционного усилителя, второй вывод, подключен к второму выводу первого резистора, управляю717801698

щий вход нормально замкнутого ключа сое-сным входом операционного усилителя, к динен с шиной управления, второй рези-которому подключен один из выводов резистор включен последовательно с нормальностора масштабирования, другой вывод которазомкнутыми ключами и соединен с инвер-рого соединен с общей шиной,

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано, например, для построения многоканального коммутатора аналоговых сигналов в измерительных системах. Коммутатор содержит: две ячейки коммутации 1 и 2, каждая из которых содержит операционный усилитель 12, два нормально разомкнутых ключа 15 и 16, нормально замкнутый ключ 13, четыре резистора 14, 17, 18 и 19. 1 ил.