Устройство для определения характеристик операционных усилителей Советский патент 1982 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля параметров операционных усилителей. Известно устройство, содержащее резисторы, контролируемый операционный усилитель, усилитель автобалансировки, ключевые элементы, источники напряжения и измерительные элементы. В этом устройстве источники напряжения через ключевой элемент и резистор подсоединены к инвертирующему вхо ду усилителя автобалансировки, неинвертирующий вход которого через резистор соединен с выходом контролируемого операционного усилителя и резистором нагрузки, к входам контролируемого операционного усилителя подсоединены резисторы, а инвертирующий вход его через резистор соединен с вы ходом усилителя автобалансировки и с ключевым элементом, соединенным с измерительными элементами 11. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения малых значений коэффициента усиления напряжения, что особенно проявляется при измерении на высоких частотах, и определения амплитудно-частотной характеристики. Известно также устройство, содержащее резисторы, контролируемый операционный усилитель, усилитель автобалансировки, источник напряжения, измерительный элемент, в котором источник напряжения через резистор подсоединен к точке соединения резистора и инвертирующего входа усилителя автобалансировки, неинвертирующий вход которого заземлен, выход соединен с измерительным элементом и через резистор соединен с неинвертирующим входом контролируемого операционного усилителя , инвертирующий вход которого заземлен и через резистор соединен с неинвертирующим входом, выход контролируемого операционного усилителя под9857974

соединен к точке соединения двух резисторов 2 ,

Недостатком известного устройства является также низкая точность измерения малых значений коэффициента уси- , ления напряжения, особенно на высоких частотах, и определения амплитудночастотной характеристики. Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является роиство, содержащее первый, второй, третий, четвертый масштабные резисторы, симметрирующий резистор, контролируемый операционный усилитель, резистор нагрузки, генератор синусоидальных напряжений, усилитель автобалансировки, измерительный элемент, корректирующий конденсатор, включен-, ный параллельно с четвертым масиггабным резистором в цепь отрицательной обратной связи.усилителя автобалансировки, инвертирующий вход которого соединен с первым.выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход усилителя автобалансировки соединен с выходом контролируемого операционного усилителя, к которому подключен резистор нагрузки, выход усилителя автобалансировки через второй , масштабный резистор соединен с ин ,вертирую цим входом контролируемого операционного усилителя, к которому подсоединен первый масштабный резистор, к иеинвертирующему входу контролируемого операционного усилителя под соединен симметрирующий резистор ГЗ. Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения малых значений коэффициента усиления напряжения и низкая точность определения амплитудно-частотной характерис тики операционных усилителей, особенно в области высоких частот. Цель изобретения - повышение точности определения малых значений коэффициента усиления напряжения и амп литудно-частотной характеристики операционных усилителей. Поставленная цель достигается тем что устройство для определения характеристик операционных усилителей, со держащее первый, второй, третий, четвертый масштабные резисторы, симметрирующий резистор, резистор нагрузки генератор синусоидальных напряжений, усилитель автобалансировки, измерительный элемент, корректирующий конденсатор, включённый параллельно с четвертым масштабным резистором в

цепь отрицательной обратной связи усилителя автобалансировки, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом третьего масштабного резистора, неинвертируккций вход усилителя автобалансировки соединен с выходом контролируемого операционного усилителя, к которому подключен резистор нагрузки, выход усилителя автобалансировки через второй масштабный резистор соединен с инвертирующим вхо- дом контролируемого операционного усилителя , соединенным через первый масштабный резистор с шиной нулевого потенциала, неинвертирующии вход контролируемого операционного усилителя через симметрирующий резистор соединен с шиной Нулевого потенциала, дополнительно содержит блок амплитудной демодуляции, вычитатель, ПИ-регулятор, перемножитель и два ключевых элемента, первый вывод первого ключевого элемента соединен с выходом усилителя автобалансировки, второй вывод первого ключевого элемента соединен с входом измерительного элемента и . . первым выводом второго ключевого элемента, второй вывод которого соединен с выходом контролируемого операционного усилителя, к которому присоединен вход блока амплитудной демодуляции, соединенного выходом с первым входом вычитателя, второй вход которого соединен с входом задания начальных условий пи-регулятора и подключен к шине опорного напряжения устройства, вход пи-регулятора присоединен к выходу вычитателя, выход ПИ-регулятора соединен с первым входом перемножителя, к второму входу которого присоединен выход генератора синусоидальных напряжений, выход перемножителя соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для определения характеристик операционных усилителей. Устройство содержит масштабные резисторы 1-,.симметрирующий резистор 5, контролируемый операционный усилитель 6, резистор 7 нагрузки, блок 8 амплитудной демодуляции, вычитатель9, пи-регулятор 10, перемножитель П, генератор 12 синусоидальных наЛряжений, усилитель 13 автобалансировки, корректирующий конденсатор 1, ключевые элементы 15 и 16, измерительный элемент 17. Масштабные ре.зисторы 1 и 2 присоединены к инвертирующему входу контролируемого операционного усилителя 6, к неинвертирующему входу которого присоединен симметрирующий резистор 3 к выходу контролируемого операционного усилителя присоединены резистор 7 нагрузки, неинвертирующий вход усилителя 13 автобалансировки, ключевой элемент 16 и вход блока 8 амплитудной демодуляции, выход которого соединен с инвертирующим входом вычитателя 9, неинвертирующий вход которого соединен с входом задания начальных условий пи-регулятора 10 и является внешней клеммой устройства по опорному напряжению, вход ПИ-регулятора 10 присоединен к выходу вычитателя 9, выход ПИ-регулятора соединен с первым входом перемножителя 11, к второму входу которого присоединен выход генератора 12 синусоидальных напряжений, выход перемножителя 11 через масиггабный резистор 3 соединен с инвертирующим выходом усилителя 13 автобалансировки, в цепь отрицательной обратной связи которого включены масштабный резистор k и корректирующий конденсатор 1й, к выходу усилителя 13 автобалансировки подсоединен масштабный резистор 2 и ключевой элемент 15 соединенный с ключевым элементом 16 и входом измерительного элемента 17. Устройство работает следующим образом. В исходном положении ключевой элемент 15 разомкнут, ключевой элемент ,( ,,„ 16 замкнут На неинвертирующии вход вычитателя 9 и вход задания начальных условии пи-регулятора 10 задают опорное напряжение , величина которого .равна значению амплитуды ,выходного напряжения контролируемого операционного усилителя 6, при которой производят измерение коэффициента уси ления напряжения Ky(f). Опорное напряжение U(j|, используется в вычитателе 9 для формирования сигнала рассогласования между заданным и фактичесКИМ напряжением на выходе контролируемого операционного усилителя 6, а в пи-регуляторе 10 - для задания ему начального уровня выходного напряжения. Генератор синусоидальных напряжений 12 настраивают на частоту измерения f и устанавливают на его выходе синусоидальное напряжение с амплитудои, равной опорному напряжению . Блок 8 амплитудной демодуляции выделяет модуль огибающей выходного напряжения контролируемого операционного усилителя 6, значение которого подается на инвертирующий вход вычитателя 9, осуществляющего вычитание его из опорного напряжения . Полученный сигнал рассогласования поступает на вход пи-регулятора 10, где он усиливается, интегрируется и после этого суммируется с опорным напряжением UQP. Выходное напряжение ПИ-регулятора 10 перемножается с синусоидальным напряжением, поступающим с выхода генератора 12 синусоидальных напряжений, в перемножителе 11, задавая напряжение на его выходе в соответствии с величиной сигнала рассогласования, Выходное напряжение перемножмтеля 11 через масштабный резистор 3 передается на вход усилителя 13 автобалансировки, с учетом связей предлагаемого устройства и на выход контролируемого операционного усилителя 6. Сигнал рассогласования становится равным нулю, когда на выходе ксянтролируемого операционного усилителя 6 устанавливается напряжение с заданным значением амплитуды которое затем поддерживается на заданном уровне, После окончания переходного процесса, которое контролируется измерительным элементом 17, ключевой элемент 15 замыкают, а ключевой элемент 16 размы-i кают и измеряют измерительным элементом 17 амплитудное значение Ajc выходного напряжения усилителя 13 автобалансировки. Величину коэффициента напряжения K,,(f) контролиру операционного усилителя 6 определяют по формуле Mf),,V, АХ где R - сопротивление резистора 1; сопротивление резистора 2, Измерение амплитудно-частотной характеристики состоит в определении значений коэффициента усиления напряжения R,,(f) при ряде фиксированных значений частоты f выходного сигнала, поэтому при снятии амплитудно-частотной характеристики с помощью предлагаемого устройства, генератор 12 синусоидальных напряжений последовательно настраивают на требуемую частоту измерения после определения очередноно значения коэффициента усиления напряжения K(f) контролируемого операционного усилителя 6, Введение в устройство для определения характеристик операционных усилителей блока амплитудной демодуляции, вычитателя, ПИ-регулятора, перемножителя, двух ключевых элементов, определенным образом соединенных между собой, позв.оляет повысить точность измерения малых знамений коэффициента усиления напряжения и определения амплитудно-частотной характеристики операционных усилителей за счет того, что задается и поддерживается на определенном уровне с помощью блока амплитудной демодуляции, вычитателя, ПИрегулятора и перемножителя напряжение на выходе контролируемого операционного усилителя, а также за счет того, что измерительным элементом путем под .ключения его ключевыми элементами измеряются выходные напряжения контролируемого операционного усилителя и усилителя автобалансировки. В качестве блока амплитудной демодуляции может быть использован любой из известных блоков подобного типа, например, детектор огибающей амплитудно-модулированных сигналовили преобразователь средневыпрямленных или амплитудных значений. ПИ-регулятор может быть выполнен с помощью аналоговых интеграторов-сумматоров. Формула изобретения Устройство для определения характе ристик операционных усилителей, содер жащее первый, второй, третий, четвертый масштабные резисторы, симметрирующий резистор, резистор нагрузки, генератор синусоидальных напряжений, усилитель автобалансировки, измерительный элемент, корректирующий конденсатор, включенный параллельно с четвертым масштабным резистором в цепь отрицательной обратной связи усилителя автобалансировки, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом третьего масштабного резистора, неинвертирующий вход усилителя автобалансировки соединен с выходом контролируемого операционного усилителя, к которому подключен резистор нагрузки, выход усилителя автобалансировки через второй масштабный резистор соединен с инвертирующим входом контролируемого операционного усилителя, соединенным через первый масштабный резистор с шиной нулевого потенциала, неинвертирующий вход контролируемого операционного усилителя через симметрирующий резистор соединен с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения малых значений коэффициента усиления напряжения и амплитудно-частотной характеристики операционных усилителей, в него введены блок амплитудной демодуляции, вычитатель, ПИ-регулятор, перемножитель и два ключевых элемента, первый вывод первого ключевого элемента соединен с выходом усилителя автобалансировки, второй выход первого ключевого элемента соединен с входом измерительного элемента и первым выводом второго ключевого элемента, второй вывод которого соединен с выходом контролируемого операционного усилителя, к которому присоединен вход блока амплитудной демодуляции , соединенного выходом с первым входом вычитателя, второй вход которого соединен с входом .задания начальных условий пи-регулятора и подключен к шине опорного напряжения устройства, вход ПИ-регулятора присоединен к выходу вычитателя, выход ПИ-регулятора соединен с первым входом перемножителя , к второму входу которого присоединен выход генератора синусоидальных напряжений, выход перемножителя соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ГОСТ 1979-9-7. Микросхемы интегральные аналоговые. Методы измерения электрических параметров и определения характеристик. М. , , с. 3738, черт. 22 (метод 6505). 2.Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж. Коннели. М., Мир, 1977, с. 227-229, фиг. . 3.Plassman W., Gloe К.-Н. МеВдеrat filr Operations - Vers.tarker Kenndaten. - Elektronik, 1979, 28, 5 S. 66-69, fig. 3 (прототип).