Дискриминатор знака разности напряжений Советский патент 1980 года по МПК G06G7/14 G05B1/01 

(54) ДИСКРИМИНАТОР ЗНАКА РАЗНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ ; Изобретение относится к автсялатике и аналоговой вычислительной технике, а именно к дискриминаторам зна ка, предназначенным для выделения отрицательного и положительного значения сигнала или суммы сигналов. Известны дискриминаторы выполненные не диодах и усилителях . tl . Эти дискриминаторы обладают значительными погрешностями в передаче сигналов из-за падения напряжения на диодах. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является дискриминатор знака, выполненный на oite рационйом усилителе, в цепь обратной связи которого включены диоды 2 В этом дискриминаторе частично кс лпенсируется погрешность, но прри суммировании сигналов по обоим входам операционного усилителя (ОУ) |вследствие того, что потенциал сум;мирую1дий точки (инвертирующего входа ОУ) становится отличным от нуля, на выходах дискриминатора появляются сигналы ошибок. Сигнал ошибки на выходе дискриминатора, свАзанном с зак рытым диодом, обусловлен тем, что напряжение суммирующей точки через сопротивление обратной связи ОУ подводится к нагрузке. Сигнал ошибки на другом выходе дискриминатора, связанном с открытым диодом, обусловлен изменением коэффициента передачи по ,повторяющему входу, так как последний определяется величиной проводимости инвертирующего входа ОУ относительно нулевого-провода, в состав которой начинает входить |СОпротивление нагрузки, подключенной к выходам I дискриминатора. Целью изобретения является повышение точности. Для этого в дискриминатор знака разности напряжений, содержащий операционный дифференциальный усилитель к инвертирующему входу которого подключен первый источник входного сигнала, между суммирующим входом и выходом операционного дифференцигшьного усилителя включены две цепочки из последовательно соединенных резистора и диода, общий вывод резистора и диода каждой цепочки является выходом дискриминатора знака, и второй источник входного сигнала, введены диодные мостовые ограничитрели тока, одна диагональ каждого из КОТ01ШХ включена между соответст- вуищим выходом дискриминатора и шиной

нулевого потенциала, а второй источник входного сигнала подключен к неинвертирукяаему входу операционного дифференциального усилителя.

На чертеже представлена схема днекриминатора знака разности напряжений.

Дискриминатор содержит операционный дифференциальный усилитель 1, . диоды 2 в цепи обратной связи операционного дифференциального усилителя 1, решающие элементы 3 на входе дискриминатора, резисторы 4 в цепи обратной связи операционного дифференциального усилителя 1, диодные мостовые ограничители тока 5, резисторы 6 в цепи смещения диодных мостовых ограничителей тока, источники входных сигналов 7 и 8, подключенные соответственно к инвертирующему и неинвертирукядему входам операционного диференциального усилителя 1.Сигнал,соответствующий положительному значени суммы входных -сигналов,выделяется на выходе 9,сигнал,соответствующий отрицательному значению, - на выходе 10 дискриминатора.

Возможны два режима работы дискриминатора, когда оба диода 2 закрыты - режим,соответствующий нулевой разности входных сигналов при условии, что коэффициенты су1 1мирования по обоим входам.дискриминатора одинаковы, и когда один из диодов 2 заперт,а другой открыт.

Если ток смещения диодных мостовых ограничителей тока 5 удовлетворяет соотношению

b.L

1см 7/

ма«1

ос

где и

напряжение суммирующей

to.u точки 11 относительно шины нулевого потенциала;, сопротивление образной

ОС связи ОУ, pag.HoeB общем случае -мин (z4, Z5) то в первом режиме работы дискриминатора токи, подтекающие (оттекающие) к выходным зажимам 9 и 10 дискриминатора от суммирующей точки 11 по резисторам 4, замыкаются на шину нулевого потенциала по цепям переменного тока мостовых ограничителей 5, сопротивление которых в . первом приближении можно считать равным нулю т.е.; равны нулю потенциалы выходов 9 н 10 дискриминатора.

ИЭ условия равенства коэффициентов суммирования по обоим входам вытекают со.отнощения для решающих элементов 3 и 4

. 4 Z&

..2.

откуда, очевидно, что если входные напряжения равны, то дифференциальная составляющая входного напряжения ОУ равна нулю и, как следствие, равно нулю выходное напряжение ОУ, которое принималось за исходное в рассматриваемом режиме. Реально на выходах дискриминатора, конечно, будут присутствовать небольшие по величине напряжения, связанные с конечным дифференциальным сопротивлением диодных мостов и нетождест.- венностью характеристик диодов. Однако эти погрешности, например для диодных мостов в интегральном исполнении сравнимы с собственной погрешностью операционного усилителя от напряжения смешения нуля.

При неравенстве входных сигналов когда открывается один из диодов 2, потенциал выхода дискриминатора, связанного с закрытым диодом 2,по-прежнему остается нулевым, а потенциал выхода, связанного с открытыми диодом, начинает определяться операционным усилителем 1. Диодный мостовой ограничитель тока 5, подключенный к выходу операционного усилителя 1 через открывшийся диод 2, работает следующим образом.. Как только ток короткого замыкания ОУ на шину нулевого потенциала достигнет значения, раного току смещения моста,т.е. величины -Ur,/RcM(Un- напряжение питания операционного усилителя, а Re -велич на сопротивлений резисторов 6), шина нулевого потенциала отключается от выхода ОУ, вследствие запирания диодов ограничителя 5, а к ОУ подключается один из резисторов 6 цепи смещения через источник питания. Ток отбираемый в цепь смещения определяется формулой

т-/-1.. 141 Un /

см

и, как видно, из выражения, не преВБшает двойной величины тока смещения моста. Соответствующим выбором сопротивлений регистров 4 эта величина может быть сделана достаточно малой по сравнению с допустимым током нагрузки -усилителя i.

Таким образом , диодный мостовой ограничитель 5, смещенный током в. прямом направлении, представляет собой просто нелинейную нагрузку для ОУ и совершенно не оказывает влияния на процессы в решающих цепях

5 дискриминатора при открытом диоде 2, а при закрытом выполняет функцию источника нулевого потенциала.

Предлагаемая схема дискриминатора обеспечивает полную развязку входных цепей от выходных, ликвидирует прохождение входных сигналов на выход минуя операционный усилитель. Обеспечивает независимость коэффициента суммирования по повторяющему

5 входу нагрузки, предотвращает прохождение сигналов в обратном направлении, допуская работу на источники ЭДС за сопротивлением.

Формула изобретения

Дискриминатор знака разности напряжений, содержащий операционный дифференциальный.усилитель, к инвертирующему входу которого подключен первый источник входного сигнала, между суммирукндим входом и выходом операционного дифференциального усилителя включены две цепочки из последовательно соединенных резистора и диода, общий вывод резистора и диода каждой цепочки является выходом ,дискриминатора знака и второй источник входного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены диодные мостовые ограничители тока, одна диагональ каждого из которых включена между соответствующим выходом дискриминатора и шиной нулевого потенциала, а второй источник входного сигнала подключен к неинвертирующему входу операционного дифференциального усилителя.

G

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Л., Энергия, 1974.

2.Проектирование и применение 5 операционных усилителей.Под ред.

Дж. Грэма и др. М., Мир, 1974, с. 269 (прототип) . ...

«-Hib

+ ап

гН I I

М

гЧ

I

-ftl