Операционный усилитель с компенсацией дрейфа нулевого уровня Советский патент 1980 года по МПК G06G7/12 

(54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ДРЕЙФА НУЛЕВОГО УРОВНЯ

изобретение относится к области автоматики и электрических измерений, в частности,к устройствам для автократической компенсации дрейфа нуля в электрических измерительных приборах и может найти применение в усилителях, интеграторах, компараторах и других аналого-вычислительных устройствах.

Одной из главных задач, возникаюпдах при конструировании операционных усилителей, является уменьшение дрейфа нуля. Для реиения этой задачи чащевсего применяются схет-ш, использующие усилители МДМ, периодически или,постоянно подключаемые к основному усилителю.

.Однако при проектировании опера-, цисяиных усилителей с МДМ приходится отталкиваться с рядом серьезных трудностей. Так, например, для уменьшения смещения нулевого уровня усилителей от высокочастотной помехи при ходится усложнять схемы входных цепей .;

Известен операционный усилитель с автрматической-компенсацией;дрейфа нуля 11- в котором малая величина смецения нулевого уровня достигается стабилизацией питающих напряжений.

Устройство обладает низким быстродействии компенсирующего воздейстВИЯ.

Известен также операционный усилитель с компенсацией дрейфа нуля 2, в. котором напряжение на выходе усилителя сравнивается с некоторым фиксированным опорным напряжением, и преобразованный сигнал рассог.пасования

10 оказывает компенсирующее воздействие . на дрейф нуля усилителя. Это устройство также обладает низким быстродействием.

Наиболее близким по технической

15 сущности к изобретению является операционный усилитель с компенсацией дрейфа нулевого ypOBHiH, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход KOtoporo через последо20вательно соединенные запоминающий конденсатор, входной ключ и первый масштабный резистор, подключен ко вхо. ду операционного усилителя и через параллельно соединен1|ые второй масш25табный резистор и ключ обратной связи подключен к выходу операционного усилителя, общий вывод входного клю-; ча и запотлинающего конденсатора через ключ соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующий вход

30 дифференциального усилителя через третий масшт ный резистор подключен к шине нулевого потенциала 3. При кст/пенсации дрейфа сначала производится заряд крнденсатора напряжением дрейфа нуля усйлителя, охваченного отрицательной .обратной связью, а затем конденсатор подключается на вход усилителя, компенсиру напряжение дрейфа нуля усилителя, т« е. устройство работает в двух режимах: запоминание напряжения дрейфа и компенсация сдвига нуЛя. Однако это устройство не позволяет достичь высокого быстродействия при использовании бесконтактных и контактных ключей. Постоянная времени заряда конденсатора в режиме . запоминания определяется как t , .где К - сопротивление ключа, С алкость запоминающего конденсатора, Прииспользовании бесконтактных клю чей,имеющих значительное сопротивле в открытсм состоянии (напримеруВ по левых ключей т 100 - 400 ом), не уда,етсядостичь большого быстродействия Контактные ключи, имеющие малое переходное сопротивление, также не обеспечивают высокого быстродействи устройства, так как время коммутации даже самых б лстродействуюидах из них герконов-, составляет:около 1 м/сек. Целью изббретения является поввлше ние буст одействия Поставленная цель достигается тем что в операционный усилитель введен дополнительный ключ, включенный Между неинвертйрующим входом дифференциального усилителя и общим выводом входного ключа и запсялинающего конденсатора. . Введение дополнительного ключа обеспечивает подачу на нейнвёртйрующий вход.усилителя напряжения, образованного зарядным током запоминаюriiero конденсатора, протекающем, че.рез сопротивление о ткрытого ключа, включенного между обкладной запоми.нающего конденсатора и шиной нулевого потенциала, что приводит к резкому увеличению зарядного Ька. конденсатора до момента полной компенсации древйфа, нуля. На чертеже представлена схема опе рационного усилителя с компенсацией дрейфа нулевого, уровня. С ерацирнный усилитель содержит дифференциальный усилитель 1, входной ключ 2, ключ 3, ключ 4 обратной связи/ дополнительный ключ 5, .запоминающий конденсатор б и масштабные резисторы 7, 8, 9. .. Усилитель 1 инвертирующим входом присоединен к обкладке конденсатора 6, к одному из выводов резистора 9 и к выходу ключа 4. К неинвертирующему входу усилителя 1 присоединен выход ключа 5 и один из выводов резистора 8. Другой йывод резистора 9 и вход ключа 4 подключены к выходу усилителя 1.. Выход ключа 2 подключен к общему выводу обкладки конденсатора 6, входу ключа 5 и входу ключа 3, выход которого подключен k шине нулевого потенциала. Выход ключа 2 через резистор 7 подключён ко входу операционного усилителя. В режиме запоминания напряжения дрейфа усилителя I. ключи 3, 4 и 5 открываются, а ключ 2 закрывается. При этом входной сигнал отключается от входа усилителя 1. Усилитель 1 оказывается охваченным глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току через открытый ключ 4. Конденсатор б подключается одной обкладкой - к инвертирующему входу усилителя 1, а другой чер.ез сопротивление открытого ключа 3 - к шине нулевого потенциала и, кроме того, через ключ 5-к неинвертирующему -входу усилителя 1 и резистору 8. Неинвертирующий вход усилителя 1 и вторая обкладка конденсатора б являются практически эквипотенциальными, так как сопротивления открытых ключей 3 и 5 значительно меньше сопротивления резистора 8 и входного сопротивления усилителя 1. Таким образе, ключ .5 обусловливает включение конденсатора б между инвертирутащим и неинвертйрующим входами усилителя 1. С момента включения ключей 3,. 4, 5 и цепи ключей 3 и 1 проходит ток, заряжающий конденсатор б. Величина тока определяется выходным напряжением усилителя 1 и остаточным сопротивлейием ключей 3 и 4. , Выходное напряжение усилителя 1 в этой схеме равно разности напряжения на конденсаторе б и напряжения .смещения усилителя 1, приведенного ко входу и умноженного на коэффициент усиления усилителя 1 с разомкнутой обратной связью. Влияние отрицательной обратной связи исклю чаетс.я на все время заряда конденса:тора,так как благодаря .ключу 5 напря;жение,подаваемое на .инвертирующий вход усилителя,1, синфазно воздействует и на его неинвертирующий вход. Таким образом, даже незначительное отклонение напряжения на конденсаторе б от величины Напряжения смещения нуля усилителя 1, Приведенного ко входу, выбывает эначитёльное увеличение напряжения на выходе операционного усилителя, так как обычно коэффициент усиления усилителя 1 составляет достаточно большую величину. Это обеспечивает форсированный заряд ,к6ндёнсатора, что повышает быстродей.ствие уст зойства. Формула изобретения Операционный усилитель с компенсацией дрейфа нулевого уровня, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого через по ледовательно соединенные эапоминакнци конденсатор, входной ключ и первый масштабный резистор подключен ко входу операционного усилителя, а через параллельно соединенные второй масштабный резистор и ключ обратной связи подключен к выхо.цу операционно го усилителя, общий вывод входного ключа и запоминающего конденсатора через ключ соединен с шиной нулевого потенциала, а неинвертирующий вход дифференциального усилителя через третий масштабный резистор подключен к шине нулевого потенциала, 6 тличающий-ся тем, что. с целью повышения-быстродействия, в операционный усилитель введен дополнительный ключ, включенный между неинвер йрующим входом дифференциального усилителя и общим выводом входного ключа и запоминающего конденсатора . : Источники информации, прииятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции 1590562, кл, G 06 G , 1970. 2.Патент ФРГ 1 24297, кл. 21а 136/02, 1974. 3.Патент; Великобритании 1261211, кл. Н 3 Т, 1972 (прототип )..