Операционный усилитель Советский патент 1978 года по МПК G06G7/12 

(54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к электронны устройствам автоматики и предназначено для применения в вычислительной технике и в системах автоматического управления и регулирования..

Известен операционный усилитель (ОУ), в котором компенсация составляющей дрейфа, вызванной входным: током усилителя постоянного тока (УПТ), осуществляется путем использования буферного каскада включенного через разделительную резистивно-емкостную цепочку между cyil mpyющeй точкой и запоминющим кондеьсаторот . Дрейф нуля буферного каскада благодаря разделительным конденсаторам не приводит к дрейфу выходного напряжения. Дрейф нуля УТП ослабляется с помощью запоминающего конденсатора, который в нерабочую часть периода заряжается до напряжения дрейфа, а дрейф по току УПТ не приводит к дрейфу выходного напряжения.

Однако несмотря на значительное уменьшение дрейфа в этом ОУ в нерабочий полупериод конденсатор обратной связи отключается от выхода ОУ. Это приводит к необходимости включения на выходе ОУ специальных сглаживающих фильтров, усложнению схемы

и увеличению ее габаритов. Необходимость подключения ключевых устройств к выходу ОУ усложняет коммутацию этих устройств и приводит к увеличению погрешности, преобразований при увеличении выходного сигнала ОУ, что связано с возрастанием токов утечки ключевых устройств при коммутации больших сигналов .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ОУ, содержащий УПТ, инвертирующий вход которого соединен с выходом через конденсатор, а выход УПТ через масштабный резистор обратной связи подключен к суммирующему входу ОУ и через входной масштабный резистор к источнику входного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с формирователем прямоугольных импульсов, а выход - с инвертирующим входом .

Однако такая схема не обеспечивает полную компенсацию дрейфовой составляющей ОУ по току при неодинаковых входных токах.

При этом разность входных токов создает на сопротивлении обратной связи напряжение-дрейфа, составляющее .значительную величину, что приводит к снижению точности операционных преобразований. Целью изобретения является повьлиение точности компенсации дрейфа нуля ОУ по току. Эта цель достигается тем, что в предложенный ОУ введены высокочастотный фильтр и фазочувствительный интег ратор. Вход ключа подключен к сукмиру щему входу ОУ, выход которого через высокочастотный фильтр соединен со входом фазочувствительного интегратора, подключенного выходом через резис тор смещения к инвертирующему входу У На фиг. 1 представлена схема предлагаемого ОУ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. ОУ содержит УПТ 1, к инвертирующему входу которого подключен один из выводов конденсатора 2 С } и один из выводов ключа 3, а также резистор смещения 4 ( Т,) . Другой вkвoд ключа 3 подключен к суммирующему входу 5 ОУ, а другой вывод конденсатора 2 к выходу УПТ. Выход УПТ соединен с вы сокочастотным фильтром 6, выход которого подключен к входу фазочувствител ного интегратора 7. Выход интегратора 7 через резистор 4 соединен с инверти рующим входом УПТ. Управление ключом 3 осуществляется от формирователя прямоугольных импуль сов 8. Рассмотрим работу ОУ при его использовании в режиме инвертирования. В этом случае на входе ОУ и в цепи обратной связи включены входной масштабный резистор 9 ( ) и масштабный резистор 10 обратной связи ( Т ) Будем считать ЭДС дрейфа усилителя УП равной нулю и найдем в этих условиях зависимость выходного сигнала ОУ от входного тока УПТ и напряжения смещения . при входном сигнале Ug. Примем, что постоянная времени Т (, значительно меньше полупериода управления опорного напряжения. Пр этом выходной сигнал ОУ в конце нечет ных полупериодов, в которых ключ 3 3aMKHvT. опредедяется выражением --11 . ДС il. -кт -п ЪЫЖ ВХНдх В четные полупериоды ключ 3 размыкается и напряжение на выходе ОУ изменяется в соответствии с заря, конденсатора 2 следующим образом: .«W.-eb(«-«-)-При этом в конце периода управляющего сигнала это напряжение принимает значение . ,. Tr. «т Увы...4(ч.-к)т Диаграмма изменения напряжения на выходе ОУ в зависимости от знака разности входного тока () и тока на резисторе 4 () представлена на фиг. 2. Как видно из диаграммы, при «изменении знака разности ( изменяется фаза переменной составля.ющей на выходе ОУ. При точной ко.мпенсации входного ка УПТ :.- их При этом переменная составлякмцая на выходе ОУ равна нулю, В предлагаемом ОУ с помощью высокочастотного фильтра 6 выделяется переменная составляющая сигнала на выходе ОУ, которая имеет место при . отличном от нуля. Напряжение с выхода фильтра 6 поступает на интегратор 7, включенный в цепи отрицательной обратной связи УПТ. Интегратор 7 формирует компенсирующее напряжение смещения определяемое условием равенства нулю сигнала на входе: УПТ, т.е. при условии равенства нулю переменной составляющей на выходе ОУ (дрейф фазочувствительного интегратора равен нулю). При этом У см ; .е, обеспечивается полная компенсация входного тока i УПТ. Особенно эффективно применение рассмотренного ОУ при реализации на нем интегрирующего усилителя с большой постоянной времени . Увеличение в схемах без компенсации входного тока УПТ ограничено требованием к дрейфу нуля интегратора, что приводит к необходимости применения конденсатора большой емкости, а следовательно, к возрастанию габаритов интегрирующих усилителей и снижению их надежности. В предложенном ОУ этот недостаток в значительной степени устранен так как реализация большой постоянной времени может быть достигнута при малых значениях емкости конденсатора путем увеличения сопротивления входного резистора К. Изготовленный на предприятии макет ОУ выполнен на базе интегральных усилителей 1УТ531, а ключ - на полевом транзисторе 2П103. Этот ОУ позволяет реализовать ..остоянную времени с при значении С 1 мкф, К SMOtK и входном делителе с коэффициентом ,05, что эквивалентноТ в100 МОм. При этом приведенное ко входу напряжение дрейфа интегрирующего усилителя не превосходило д,ТТ«- 100 мВ при изменении температуры на . Таким образом, предлагаемый ОУ обеспечивает точную автоматическую компенсацию входного тока УПТ, что позволяет значительно повысить точность операционных преобразований. Предлагаемый ОУ может найти широкое применение при реализации пропорционально-интегрального закона управления в системах автоматического регулирования, содержащих инерционные объекты а также в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Формула изобретения

Операционный усилитель, содержащий усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого соединен с выходом через конденсатор, а выход усилителя постоянного тока через масштабный резистор обратной связи подключен к суммирующему входу операционного услителя и через входной масштабный резистор к источнику входно -о сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с формирователем прямоугольных импульсов, а выход - с ин)вертирую17

сцим входом усилителя постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации дрейфа нуля операционного усилитеЛя по току, в него введены высокочастотный фильтр и фазочувствительный интегратор, при этом вход ключа подключен к суммирующему входу операционного усилителя, выход которого через высокочастотный фильтр соединен со входом фазочувствительного интегратора, подк поченного выходом через резистор сме- щения к инвертирующему входу усилителя постоянного тока. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

2

41-fS

I

1 Vf rt L..

.J

1

Ил 0 сн

О

си