Усилитель заряда Советский патент 1982 года по МПК H03G3/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для усиления сигналов пьезоэлектрических датчиков. Известен усилитель заряда, содер жаишй операционный усилитель и Тобразную КС-цепь, выходом подключен ную к инвертирующему входу операционного усилителя и состоящую из двух резисторов в продольном плече, шунтированных конденсатором, и последовательно соединенных резистора и конденсатора, включенных между общей шиной и точкой соединения резисторов в продольном плече tH, Однако известный усилитель заряд имеет узкий диапазон входных сигналов, а также у него отсутствует пла ная регулировка усиления. Цель изобретения - расширение диапазона входных сигналов при неза виоимости плавной регулировки усиле ния и установки соотношений между коэффициенте1ми усиления по диапазонам. Поставленная цель достигается те что в усилителе, заряда, содержащем операционный усилитель и Т-образиую RC-цепь г выходом подключенну к инвертирующему входу операционного 5(с лителя и состоящую из двух резисторов в продольном плече, шунтированных конденсатором, и последовательно соединенных резистора и конденсатора, включенных между общей шиной и точкой соединения резисторов в продольном плече, к выходу операционного усилителя подключен Г-образный делитель напряжения, в продольном плече которого включен переменный резистор, а в поперечном - п параллельно соединенных потенциометров, между отводом каждого из которых и инвертирующим входом операционного усилителя включены последовательно ключ и конденсатор, а выход Г-образного делителя напряжения соединен с входом Т-образной КС-цепи. На чертеже изображен усилитель заряда, структурная электрическая схема. Усилитель заряда содержит операционный усилитель 1, Т-тобразную RC-цепь 2, состоящую из резисторов 3 и 4 в продольном плече, шунтироBaHHJaix конденсатором 5, и последовательно соединенных конденсатора 6 и резистора 7 в вертикальном плече. К выходу операционного усилителя 1 через переменный резистор 8 подключены n параллельно соединенных потен циометров 9 (п - число диапазонов усилителя заряда;. Т-образная RCцепь 2 включена между инвертирующи входом 10 операционного усилителя и общей точкой 11 переменного рези тора 8 и потенциометров 9. Между инвертирующим входом 10 и отводами 12 потенциометров 9 включены конденсаторы 13 через ключи 14; переменный резистор 8 и потенциометры образуют Г-образный делитель 15 на ряжения. Усилитель заряда работает следующим образом. Входной переменный заряд qg,напр мер заряд пьезоэлектрического датчика, зависящий от преобразуемого параметра ( ускорения, силы, давления ) поступает на инвертирующий вход 10 операционного усилителя 1. Если все ключи 14 разомкнутся, то коэффициент усиления по заряду в рабочем диапазоне частот равен V -I ч, q,g, -cLCg где Cj- емкость конденсатора 5. Остальные элементы Т-образной КС-цепи 2 служат для создания глубокой отрицательной обратной связи по постоянному напряжению и коррек ции частотной и фазовой характерис тик в области низких частот. Харак терные номиналы этих элементов : резисторы 3 и 4 - по 10-30 мОм, ре зистор -7-47-100 кОм, конденсатор б 47-100 мкФ Чаа IJ 7 3 где RSS эквивалентное сопротивление параллельно включенных потенциометров 9 -, R-- сопротивление nepeMejiHoro резистора 8. Режим, при котором разомкнуты вс ключи 14, дает возможность получить наибольшее усиление схемы. Конкретная величина этого усиления устанавливается путем регулировки сопротивления переменного резистора 8. При возрастании входиого сигнала (заряда) выходное напряжение растет пропорционально ему в соответствии с формулой (1) до предельного уровня, определяемого паспортными дан|Ными операционного усилителя. Даль:нейшее возрастание входного сигнала ограничено этим предельньш уровнем/ и для того, чтобы иметь воз-можность усиливать большие сигналы требуется уменьашть усиление. Для этого замЕжают первый из ключей 14 Коэффициент усиления при этом равен - емкость первого из конденсаторов 13; Г - коэффициент деления соответствующего потенциометра 9 ( отношение напряжения на его отводе 12 к напряжению в точке 11) . Соотношение между диапазонами усиления равно Чй Cg Для получения следующей ступени загрубления замыкают следующий ключ 14, разомкнув предыдущий. Таким образом, предлагаемий усилитель заряда обеспечивает широкий диапазон усиливаемых входных сигналов при ограниченном диапазоне выходных напряжений операционного усилителя, который достигается за счет многодиапазонности путем введения конденсаторов 13-, точную установку соотношений коэффициентов усиления по диапазонам при широком разбросе действительных значений емкостей конденсаторов 13 от номинальных паспортных, которая достигается благодаря подключению конденсаторов 13 через ключи 14 к выходам потенциометров 9,а регулировкой коэффициентов деления у этих потенциометров, как это видно из формулы (3) , достигается требуемое на каждом диапазоне отношение т; плавную регулировку усиления, которая не влияет на соотношения по диапазонам и достигается введением переменного резистора 8, включенного между выходом операционного усилителя 1 и общей точкой 11 потенциометров 9. Путем плавного изменения сопротивления переменного резистора 8 может быть установлена величина.параметра А , от которого зависит, согласно формулам {1} и .2 ; , коэффицент усиления на любом из диапазонов. При этом соотношение коэффициентов усиления по диапазонам, согласноформулЭ СЗ), не зависит от d. Формула изобретения Усилитель заряда, содержащий операционный усилитель и Т-образную RCцепь, выходом подключенную к инвертирующему входу операционного усилителя и состоящую из двух резисторов в продольном плече, шунтированных конденсатс с «, и последовательно соеАииенЕШХ резистора и конденсатора, вюооченяых между общей шиной и точкой совда1нвняя резисторов в продольном плече,о тличающийся тем, что, с целью расоирения диапазона входишс сигналов при независииюсти плавной регулировки усиления и установки соотношений между коэффнциемта ш усиления по диапазонам, к выходу операционного усилителя подслючеи Г-образный делитель напряжеяия, в продольном плече которого

включен переменный резистор, а в поперечном - п параллельно соединенных потенциометров, между отводом каждого из которых и инвертирующим входом операционного усилителя включены последовательно ключ и конденсатор, а выход Г-образкого делителя напряжения соединен с входом Т-образной КС-цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Москалик Л.Mi и др. Усилитель заряда для пьезоэлектрических акселерометров. Вибрационная техника. Сборник материалов семинара, МДНТП им. Дзержинского, 1978, с. 19 (прототип).

1

т/т. т

т

дыход