Устройство для измерения коэффициента влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля операционных усилителей Советский патент 1993 года по МПК G01R31/28 

ел

с

Устройство содержит объект контроля 1, клеммы 2, 3, 4, 5, 6 контактирующего блока, вспомогательный усилитель 7, два масштабных резистора 8 и 9, блок управления 10, два источника опорных напряжений 11 и 12, модулятор 13, два инвертора 14 и 15, два сумматора 16 и 17, демодулирующая система 18, генератор 19, фазовращатель 20, измеритель постоянного напряжения 21, первый коммутирующий элемент 22, второй коммутирующий элемент 23. 5 ил.

00

о со

00

ю о

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аппаратуре контроля и измерения параметров операционных усилителей (ОУ),

Цель изобретения - повышение точности измерения малых величин коэффициента влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля ОУ.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства. На фиг. 2 представлены временная диаграмма устройства и эпюры напряжений на входах и выходах блоков, входящих в устройство для случая измерения Квл.и.п. при одновременном изменении питающих напряжений. На фиг. 3 - пример выполнения фазовращате- ля. На фиг. 4 - пример выполнения блока управления. На фиг. 5- пример выполнения сумматора.

Устройство содержит (см. фиг. 1) испытуемый ОУ1, клеммы 2, 3, 4, 5, 6 контактирующего устройства (на фиг. 1 не показано), вспомогательный усилитель 7, масштабные резисторы 8 и 9, блок управления 10, первый источник опорного напряжения 11, второй источник опорного напряжения 12, модулятор 13, первый инвертор 14, второй инвертор 15. первый сумматор 16, второй сумматор 17, демодулирующую систему 18, генератор 19, фазовращатель 20, измеритель постоянного напряжения 21, первый коммутирующий элемент 22, второй коммутирующий элемент 23.

Первый вход вспомогательного усилителя 7 соединен с клеммой 6, к которой подключен выход испытуемого ОУ1, а второй вход вспомогательного усилителя соединен с общей шиной устройства, выход вспомогательного усилителя 7 подключен к первому масштабному резистору 8, второй выход которого через клемму 2 соединен с первым входом испытуемого ОУ1 и вторым масштабным резистором 9, второй конец которого подключен к общей шине устройства, второй вход испытуемого ОУ1 через клемму 3 подключен к общей шине устройства, выход источника опорного напряжения 11 соединен со входом первого инвертора 14, и первым входом сумматора 16, выход инвертора 14 подключен к первому входу сумматора 17, выход источника опорного напряжения 12 соединен с входом модулятора 13, выход которого подключен ко входу второго инвертора 15 и первому выводу коммутирующего элемента 22, второй вывод которого подключен ко второму входу сумматора 16, выход второго инвертора 15 соединен с первым выводом коммутирующего элемента 23. второй вывод

которого подключен ко второму входу сумматора 17, выходы сумматоров 16 и 17 соединены через клеммы 4 и 5 с соответствующими выводами питания испытуемого

ОУ1, выход вспомогательного усилителя 7 подключен к входу демодулирующей системы 18, выход которой соединен с входом измерителя постоянного напряжения 21, а управляющий вход демодулирующей системы 18 подключен к первому выходу фазов- ращателя 20, второй выход которого соединен с управляющим входом модулятора 13, а вход с выходом генератора 19, управляющие входы коммутирующих эле5 ментов 22 и 23 соединены с соответственно с первым и вторым выходами блока управления 10.

Инверторы 14 и 15 выполнены по общеизвестной схеме с коэффициентом переда0 чи К -1.

Сумматоры 16 и 17 выполнены по общеизвестной схеме на основе усилителя мощности (см. В. С. Путников, Интегральная электроника в измерительных устройствах,

5 л., Энергия, 1980, с. 31-32, рис. 2-7,6) с добавлением второго входа (Вх. 2) за счет введения резистора R2 (см. фиг. 5).

В качестве вспомогательного усилителя 7 использован ОУ К140УД6.

0 в качестве источников опорного напряжения 11 и 12 использованы источники питания постоянного тока В5-45.

В качестве генератора 19 использован генератор импульсов Г5-60.

5 в качестве измерителя постоянного напряжения использован вольтметр В7-28.

Демодулирующая система может быть выполнена по общеизвестным схемам (см. Фрейтер, Синхронный интегратор и демо0 дулятор. Приборы для научных исследований, 15, 1965, с. 53-56 или см. П. Хоровиц, У. Хилл, Искусство схемотехники, М., Мир, 1984, Т2, с. 383-384, рис. 14.35). Модулятор 13 выполнен по общеизвест5 ной схеме (см. И. Достал. Операционные

усилители. М., Мир, 1982, с. 195, рис. 6, 19).

В качестве коммутирующих элементов

22 и 23 использовано реле РЭС 91, один

конец обмотки которого заземлен, а второй

0 конец является управляющим входом.

Устройство работает следующим образом. Выходное напряжение источника опорного напряжения 11 поступает на первый вход сумматора 16 и через инвертор 14 на

5 первый вход сумматора 17. На выходах сумматоров формируются напряжения питания испытуемого ОУ1-( (+Un2), противоположных полярностей (см. фиг. 2).

Генератор 19 формирует сигнал прямоугольной формы частотой fi, который поступает на вход фазовращателя 20. На втором выходе фазовращателя формируется сигнал прямоугольной формы с частотой fi/2. Этим сигналом осуществляется управление модулятором 13. На вход модулятора поступает напряжение Don с выхода источника опорного напряжения 12. На выходе модулятора 13 формируется сигнал прямоугольной формы симметричный относительно нулевого уровня с частотой f2 и амплитудой Uon. Это напряжение поступает через коммутирующий элемент 22 на второй вход сумматора 16 непосредственно, а на второй вход сумматора 17 через коммутирующий элемент 23 данный сигнал поступает после инверсии, осуществляемой инвертором 15.

Для определения Квл.и.п. положительного источника напряжения блок управления 10 формирует управляющий сигнал, замыкающий коммутирующий элемент 23. Это вызывает изменение положительного питающего напряжения на величину +U0n и -Uon относительно первоначального уровня с частотой f2.

При определении Квл.и.п. отрицательного источника напряжения, блок управления 10 формирует управляющие сигналы, замыкающие коммутирующий элемент 22 и размыкающие коммутирующий элемент 23. Это приводит к тому, что изменяется уже отрицательное питающее напряжение на величину +Uon и-Uon относительно первоначального уровня.

Для определения Квл.и.п. при одновременном изменении питающих напряжений замыкаются оба коммутирующих элемента. Это вызывает изменение положительного и отрицательного питающих напряжений на величину+Uon и -Uon относительно первоначального уровня с частотой f2. При этом, при изменении питающего напряжения на величину +U0n, отрицательное питающее напряжение изменяется на величину -Uon, а при изменении положительного питающего напряжения на величину -Uon отрицательное питающее напряжение изменяется на величину + Uon.

Коэффициент влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля испытуемого ОУ1 определяется по формуле

Jk.

Uon

где Ug - амплитуда дифференциального входного сигнала Ug(t) испытуемого ОУ. обусловленного изменением положительного питающего напряжения ОУ. отрицательного питающего напряжения или же обоих питающих напряжений.

Величина Ug определяется по результату измерения амплитуды выходного сигнала Uey(t) вспомогательного усилителя 7. Причем

10

UBV ()

(2)

где Re - сопротивление масштабного резистора 8;

Rg - сопротивление масштабного резистора 9.

Для улучшения отношения сигнал/шум, сигнал с выхода вспомогательного усилителя поступает на вход демодулирующей системы 18. Управление демодулирующей системы 18 осуществляется сигналом прямоугольной формы с частотой f2, поступающим с первого выхода фазовращателя 20. Сигнал на этом выходе отличается от сигнала на втором выходе фазовращателя лишь временным сдвигом. Этот сдвиг компенсирует сдвиги вносимые вспомогательным усилителем 7 и испытуемым ОУ1.

Демодулирующая система 18 улучшает отношение сигнал/шум измеряемого сигнала и преобразует сигнал переменного тока

UBYW в напряжение постоянного тока

Ux kUey ,

(3),

где К - коэффициент передачи демодулирующей системы.

По результату измерения измерителя постоянного напряжения 21 вычисляется коэффициент влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля

ОУ1 по формуле

(

Rg

R8 + R9 Uon К

)

Ux

(4)

55

45 в предлагаемом устройстве изменение одного из питающих или обоих питающих напряжений осуществляется на переменном токе, поэтому появляется возможность применить синхронное детектирование, что

50 позволяет измерить малую величину дифференциального входного напряжения измеряемого ОУ1. являющуюся мерой Квл.и.п. на уровне больших собственных шумов.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от прототипа позволяет измерить малые значения коэффициента влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля ОУ. Это дает возможность разбраковывать ОУ с малыми

коэффициентами и тем самым исключить возможность применения бракованных микросхем, что позволяет повысить надежность и качество работы устройств, где применены данные микросхемы.

Формула изобретения Устройство для измерения коэффициента влияния нестабильности источников питания на ЭДС смещения нуля операцион- ных усилителей содержащее первый и второй масштабные резисторы, измеритель постоянного напряжения, первый и второй источники опорного напряжения, первый и второй коммутирующие элементы, вспомо- гательный усилитель, первый вход которого через клемму соединен с выходом объекта контроля, а выход - с первым выводом первого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу вто- рого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за смет измерения малых величин коэффициента влияния неста- бильности источников питания на ЭДС смещения нуля операционных усилителей, в него введены первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры, модулятор, генератор, демодулирующий блок, фазовра- и

щатель и блок управления, причем вторые входы вспомогательного усилителя и объекта контроля подключены к общей шине устройства, а выхо.д вспомогательного усилителя соединен с первым входом демо- дулирующего блока, выход которого подключен к входу измерителя постоянного напряжения, выход первого источника опорного напряжения соединен с входом первого инвертора и первым входом первого сумматора, выход первого инвертора подключен к первому входу второго сумматора, выход второго источника опорного напряжения соединен с входом модулятора, выход которого подключен к входу второго инвертора и через первый коммутирующий элемент- к второму входу первого сумматора, выход второго инвертора через второй коммутирующий элемент соединен с вторым входом второго сумматора, выходы сумматоров подключены через клеммы соответственно к первому и второму выводам питания испытуемого операционного усилителя, выход генератора соединен с входом фазовращателя, первый выход которого подключен к управляющему входу модулятора, а второй - к второму выводу демодули- рующей системы, выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутирующих элементов.

Фиг.З

Фиг. Ц

rVr.Ј