Измерительный усилитель Советский патент 1982 года по МПК H03F3/38 G01R17/06 

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительным усилителям и может использоваться в усилителях, требующих наличия гальванической развязки во входных, цепях, а также при измерении малых потенциалов электростатических полей на фоне больших синфазныхпомех.

Известны усилители с трансформаторной развязкой вхрдных цепей и подавлением синфазных помех.

Недостатком данного устройства является большой уровень электромагнитных помех 1 .

Наиболее близким к предлагаемому является измерительный усилитель, содержащий операционный усилитель запоминающий каскад, включающий в себя первый и второй конденсаторы и , коммутатор с четырьмя группами переключающих контактов 2.,

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения сигнала из-за частичного разряда конденсаторов входными токами.

Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличение значения входного сопротивления усилителя.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный усилитель, содержащий первый запоминающий каскад, включающий в себя первый и второй конденсаторы и коммутатор с первой, второй, третьей и четвертой группами переключающих контакtoтов, причем замыкающий контакт первой группы и размыкающий контакт третьей группы через первый конденсатор подключены к замыкающему и размыкающему контактам соответственно второй и четвертой группы, а размыкающий контакт первой группы и замыкающий кон.такт четвертой группы через второй конденсатор соединены с размыкающим и замыкающим контактами соответствен20но второй и третьей групп, средние . контакты первой, второй и третьей групп соответственно подключены к первой и второй входным шинам устроиства и первому входу дифференциального усилителя, выход управляющего генератора соединен с управляющим входом первого запоминающего касада, введены последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, делитель напряжения и второй запоминающий кас кад, выполненный идентично первому запоминающему каскаду, управляющий вход которого подключен к управляющим входам первого запоминающего каскада и фазового детектора, средние контакты первой группы соединены с выходом делителя напряжения, BT рой группы - с общей шиной, третьей группы - с средним контактом четвертой группы коммутатора первого запоминающего каскада и четвертой группы - с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу фазового детектора. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема измерительного усилителя; на фиг. 2 - структурная электрическая схема запоминающих каскадов. Устройство содержит первый запоми нающий каскад 1, последовательно сое диненные дифференциальный усилитель фазовый детектор 3 интегратор 4, со ласующий каскад 5 делитель б напряжения, а также второй запоминающи каскад 7, управляющий генератор 8, в ХОД которого соединен с управляющими входами первого и второго запоминающих каскадов 1 и 7 и фазового детектора 3. Первый запоминающий каскад включает первый и второй конденсаторы 13 и 14, коммутатор с четырьмя группами переключающих контактов 912. Замыкающий контакт первой группы 9 и размыкающий контакт третьей груп пы 11 через первый конденсатор 13 по ключены к замыкающему и размыкающему контактам соответственно второй и четвертой групп 10 и 12. Размыкающий контакт первой группы 9 и замыкающий контакт четвертой группы 12 через второй конденсатор I соединен с раз мыкающим и замыкающим контактами соответственно второй и третьей групп 10 и 12. Средние контакты первой, второй и третьей групп соответственно подключены к первой и второй входным шинам а вход 1, и вход 2 - к первому входу дифференциального усилителя 2. Средние контакты второго запоминающего каскада 7 с первой по четвертой группе 17, 18, 15, 16 соответственно соединены с выходом делителя 6 напряжения, земляной шиной, средним контактом четвертой группы 12 первого запоминающего каскада 1,и вторым входом дифференциального усилителя 2. Устройство работает следующим образом. Коммутаторы первого и второго запоминающих каскадов 1 и 7 по сигналам управления, поступающим из управляющего генератора 8, поочередно коммутируют между собой две пары конденсаторов (фиг.2). Одну пару образуют конденсаторы 13 и 20, а другую - конденсаторы 14 и 19. При исходном состоянии коммутаторов конденсаторы первой пары 13 и 20 соединены встречно-последовательно и подключены к дифференциальным входам усилителя 2 конденсаторы второй пары 14 и 19 подключены соответствено между первой и второй входными шинами, а также между выходом делителя 6 напряжения и земляной шиной. При переключении коммутаторов конденсаторы 13 и 20 меняются местами с конденсаторами 14 и 19 в первом и. втором запоминаюа1их каскадах 1 и 7. Причем конденсаторы 13 и 20 обоих каскадов соединяются между собой концами, подключаемыми соответственно к второму входу дифференциального уси- лителя 2 и к выходу делителя 6 напряжения, а конденсаторы 14 и 19 соединяются между собой концами, подключаемыми соответственно к первому входу дифференциального усилителя 2 и к земляной шине. Таким образом, в каждый полупериод управляющего сигнала конденсатор одной из.пар, расположенный в первом запоминающем каскаде 1, накапливает заряд, пропорциональный разности потенциалов между двумя входными шинами устройства, второй конденсатор этой пары, расположенный во втором запоминающем каскаде 2, накапливает заряд пропорциональный разности потенциалов между выходом делителя 6 напряжения и земляной шиной. С двух конденсаторов другой пары в это время поступают на вход дифференциального усилителя 2 разностный сигнал, равный разности между потенциалами, запомненными конденсаторами этой поры в предыдущем полупериоде, 5 причем знак разностного сигнала, поступающего на вход дифференциального усилителя 2 в каждом из полупериодов управляющего сигнала с выхода генерато эа 8 изменяется на противоположный, в результате чего наряду с формированием разностного сигнала одновременно осуществляется его преобразование в переменный амплитудномодулированный сигнал с частотой коммутации. Сигнал с выхода дифференциального усилителя 2 поступает на фазовый детектор 3 который по сигналу управления с частотой коммутации осуществляет преобразование переменного сигнала в постоянный уровень, пропорциональный амплитуде переменного сигнала. С выхода фазового деткетора 3 сигнал через интегратор k и согласующий каскад 5 поступает на выход устройства. Интегратор 4 выполняет функции фильтра подавляющего помехи коммутаторов кон денсаторов первого и второго запоминающих каскадов 1 и 7 а также яв ляется астатическим звеном первого порядка, устраняющим статическую погрешность. Согласующий каскад 5 необходим для усиления сигнала по мощности для обеспечения высокой нагрузочной способности. Делитель напряжения с вторым запоминающим каскадом 7 образует цепь обратной связи и служит для переключения пределов измерения, которые изменяются в зависимости от диапазона измеряемой разности потенциалов. Предлагаемый измерительный усилитель при незначительном усложнении схемы обеспечивает значительное улучшение его технических характерис тик (.чувствительность, точность измерения, входное сопротивление) - Улуч шение технических характеристик достигается за счет отсутствия наводимых помех на входе, полного подавления синфазной помехи; преобразование постоянного сигнала в переменный позволяет значительно увеличивать коэффициент усиления дифференциального усилителя и следователь но, повышать чувствительность устрой ства. Формирование разностного сигна ла на входе дифференциального усилителя позволяет без изменения величины его входного сопротивления относительно прототипа значительно увеличивать величину эквивалентного 37 ВХОДНОГО сопротивления устройства, У1спользование в предлагаемом усилителе компенсационного метода измерения и охват усилителя глубокой.отрицательной обратной связью в сочетании с возможностью увеличения коэффициента усиления дифференциального усилителя позволяют значительно повысить точность измерения, что особенно сказывается при измерении малых потенциалов. Формула изобретения Измерительный усилитель, содержащий первый запоминающий каскад, включающий в себе первый и второй конденсаторы и коммутатор с первой, второй, третьей и четвертой группами переключающих контактов, причем замыкающий контакт первой группы и размыкающий контакт третьей группы через первый конденсатор подключены к замыкающему и размыкающему контактам соответственно второй и четвертой групп, а размыкающий контакт первой группы и замыкающий контакт четвертой группы через второй конденсат6(э соединены с размыкающим и замыкающим контактами соответственно второй и третьей групп, средние контакты первой, второй и третьей групп соответственно подключены к первой и -. второй входным шинам устройства и первому входу дифференциального усилителя, выход управляющего генератрра соединен с управляющим входом первого запоминающего каскада, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены .последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, делитель напряжения и второй запоминающий каскад, выполненный идентично первому запоминающему каскаду, управляющий вход которого подключен к управляющим входам первого запоминающего каскада и фазового детектора, средние контакты первой группы соединены с выходом делителя напряжения, второй группы - с общей шиной, третьей группы - с средним контактом четвертой группы коммутатора первого запоминающего каскада и четвертой группы с вторым входом дифференциального силителя, выход которого подключен к входу фазового детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. .7 М., Энергия „ 1967, с. 373 375. 2. К/МОП. Операционный усилитель 9706378 с компенсированной погрешностью смещения. - Электроника, 1979, № 2, т.52, с.

Sx.i

11

дьм

Ш

17

20

Ю

gjaf. f

.2