Дифференциальный усилитель

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ имеющий симметричный вход и выход и дополнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, а оимметричньлй выход через аттенюатор соединены с соответствугацими входами первого сумматора, выход которого соединен с дифференциальным усилителем ошибки, отличающ и -и с я тем, что, с целью повышения точности путем снижения нелинейных , динамических и 1чумовых искажений , ме;кду дополнительньтм входом дифференциального усилителя и выходом дифференгиального усилителя ошибки включен управляемый фильтр, между симметричным выходом дифференциального усилителя и,управлягацим входом управляемого фильтра введены последовательно соединенные первая формирукхчая цепь,второй сумматор, другой вход которого через вторую формиругапую г.епь соединен с симметричным входом дифференциального усилителя, и первый нелинейный элемент, а дифференциальный усилитель О1чибки снабжен двумя дополнительными входами, между симметричньли выходом дифференциального усилителя и дополнитёльньми (Л входами дифференциального усилителя ошибд и введенк последовательно соединенные третья формир5тощая цепь, второй нелинейный элемент и управляемор реактивное сопротивление.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19(SU(и) З(59 Н ОЗF 345

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ (21) 3408353/18-09 (22) 17.03..82 (46) 07. 03. 84. Бюл. Р 9 (72) A.Á.Ðóáöîâ (71) Проектно-технологический и научно-исследовательский институт (53) 621. 375. 024 (088. 8) (56) 1. Патент С1% Р 3955149, кл. Н 03 F 3/45, 1976.

2. Патеит СИА 9 2866018, кл. H 03 Р 1/34, 1958 (прототип) . (54) (57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ имекщий симметричный вход и выход и дополнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, а аимметричный выход через аттенюатор соединены с соответствуняими Входами первого сумматора, выход которого соединен с дифференциальным усилителем ошибки, о т л и ч а ю— щ и .й с я тем, что, с целью новишения точности путем снижения нелинейных, динамических и шумовых искажений, между дополнительным входом дифференциального усилителя и выходом дифферен нального усилителя ошибки включен управляемый фильтр, между симметричным выходом дифференциального усилителя и управлякщим входом управляемого фильтра введены последовательно соединенные первая формирукиая цепь,второй сумматор, другой вход которого через вторую формирующую цепь соединен с симметричным входом ди(ференциального усилителя, и первый нелинейный элемент, а дифференциальный усилитель ошибки снабжен двумя дополнительными входами, между симметричным выходом дифференциального усилителя и дополнительными входами дифференциального усилителя ошибки введены последовательно соединенные третья формирукщая цепь, второй нелинейный элемент и управляемое реактивное сопротивление.

1078588

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве измерительного усилителя в системах сбора данных.

Известен дифференциальний усили- 5 тель с обратной связью, содеряащий входной, промежуточный и оконечный . усилители, нагрузку, усилитель обратной связи синфазного сигнала и усилитель обратной связи дифферен- 10 циального сигнала, симметричный вход которого соединен с нагрузкой, симметричный выход — с дополнитель.ным симметричным входом входного усилителя, симметричный вход входно- 15

ro усилителя является входом устройства, симметричный вход соединен с симметричным входом промежуточного усилителя, симметричный выход промежуточного усилителя — c симметричным входом оконечного усилителя, дополнительный выход — с входом усилителя обратной связи синфаэного сигнала, симметРичний выход оконечного усилителя с нагрузкой, а выход усилителя обратной связи синфаэного сигнала — с дополнительным нходом входного усилителя (1) .

Недостатком известного устройст ва являются невысокие шумовые и динамические характеристики, так как линеариэация усилителя произнодится за счет введения отрицательной обрат- . ной связи, которая обеспечивается за счет избыточности коэффициента усиления при разомкнутой петле обратной связи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дифФеренциальный усилитель, имевший симметричный вход и ниход и до" 40 полнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, а симметрич. ный выход через аттенюатоР соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход котоРого связан с дифференциальным усилителем ошибки (2) .

Однако такое устройство харак теризуется недостаточно высокой точностью, 1 „ель изобретения — повышение точности путем снижения нелинейных, динамических и шумовых искаяений.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, имекщем симметричный вход и выход и дополнительный вход, причем симмет-55 ричный вход непосредственно, а симметричный выход через аттенватор соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого соединен с дифференциальным усили-60 телем ошибки, между дополнительными входом дифференциального усилителя и выходом дифференциального усилителя ошибки включен управляемый фильтр, между симметРичним выходом 65 дифференциального усилителя и управляющим входом управляемого фильтра введены последовательно соединенные первая формирующая цепь, второй сумматор, другой вход котоРого через вторую формирующую цепь соединен с симметричным нходом дифференциального усилителя, и первый нелинейный элемент, а дифференциальный усилитель ошибки снабжен двумя дополнительными входами, меяду симметричным выходом дифференциального усилителя и дополнительными входами дифференциального усилителя ошиб" ки введены последовательно соединенные тРетья формиРукщая цепь, второй нелинейный элемент и упРанляемое реактивное сопротивление.

На чертеже иэобраяена структуРная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содеряит дифференциальный усилитель 1, имекг ий симметричный вход и выход и дополнительный вход, аттенюатор 2, перный сумматор 3, дифференциальный усилитель 4 ошибки, имеющий дополнительные входы, управляемый фильтр 5, первую формирующую цепь 6, второй сумматор 7, вторую формирукщую цепь 8, первый нелинейный элемент 9, третью формирукщую цепь 10, второй нелинейный элемент 11, управляемое реактивное сопротивление 12. устройство работает следующим образом.

Дифференциальный входной сигнал поступает на симметричный вход дифференциального усилителя 1 и усиленный в К раз (К9 — коэффициент передачи дйфференциального усилителя 1), снимается с выхода дифферен циальйого усилителя 1 и поступает на выход устройства (1)

Вых 3< UÅõ

Первый сумматор 3, на один симметричный вход которого поступает входной сигнал1э, а на другой через аттенюатор 2 — выходной сигнал устройства, выделяет на симметричном выходе разностный сигнал ошибки U который после усиления дифференциальным усилителем ошибки 4 в Ко раз (Ко — коэффициент передачи дифференциального усилителя ошибки) и фильтрации управляемым фильтром

5, имеющим коэффициент передачи К,р вводится в дополнительный вход дифференциального усилителя 1.

Управляемое реактивнре сопротивление 12, включенное между дополнительными входами дифференциального усилителя 4 ошибки, определяет глубину местной обратной связи. В качестве дополнительных входов могут быть использованы обычные входы частотной коррекции.

1078588

Выходной сигнал устроиства, сформированный первой формирукщей цепью б, поступанщий на соответствующий вход второго сумматора 7, суммируется с входным сигналом устройства, сформированный второй формирукщей цепью, поступакщим на другой вход второго сумматора 7, и с его выхода через первый нелинейный элемент 9 поступает на управлякщий вход управляемого фильтра 5.

На управлякщий вход управляемого реактивного сопротивления.l2 поступает выходной сигнал устройства, сформированный третьей формирующей цепью 10 и вторым нелинейным элементом 11. Если выполняется условие баланса

Оных " 0âõ х (2) где К вЂ” коэффициент передачи аттенюатора 2, то (3)

"о="еых IÐ "вх*0

Напряжение ошибки, вводимое в дополнительный вход дифференциального усилителя 1, выражается (4)

"о з, х = Ц "о "ср.

Если по тем или иным причинам (например, в реэультаre линейных или нелинейных искажений сигнала в дифференциальном усилителе 1) условие баланса (2) не выполняется, то возникакщее напряжение ошибки

Оо усиленное дифференциальным усилителем ошибки в Ко раз, отфильтрованное управляемйм фильтром 5 с коэффициентом передачи К, и введенное в .соответствукщей фазе в дополнительный вход дифференциальноgî усилителя .1, будет стремиться скомпенсировать ошибку выходного сигнала устройства.

При невысоких скоростях нарастания входного и выходного сигналов устройства выходные напряжения первой и второй формирующих цепей б и 8, поступающие на соответствующие входы второго сумматора 7 также малы. Соответственно, мало и управлякицее напряжение, поступающее на управлякиций вход управляемого фильтра 5 с выхода второго сумматора 7 через первый нелинейный элемент 9.

При этом управляемый фильтр 5. имеет максимальную полосу пропускания. Управляющее напряжение, поступающее на управлякщий вход управляемого реактивного сопротивления 12 с выхода устройства через третью формирующую цепь 10 и второй нелинейный элемент 11, при малой скорости нарастания выходного напряжения также мало. При этом управляемое реактивное сопротивление 12 имеет максимальную величину, что обеспечивает, соответственно, максимальный коэффициент усиления дифференциального усилителя 4 ошибки.

Таким образом, при малых скоростях нарастания входного и выходного сигналов обеспечивается максимальный коэффициент передачи и максимальная полоса пропускания канала сшибки (включакщего в себя

10 дифференциальный усилитель 4 сшиб» ки и управляемый фильтр 5) .

При увеличении скорости нарастания входного сигнала до значения, которое не может быть отработано 5 дифференциальным усилителем 4 ошибки (иэ-эа ограниченных частотных свойств этого усилителя), выходные напряжения первой и третьей формирукщих цепочек б и 10 также увеличиваются и сформированные по амплитуде первым и вторым нелинейными элементами 9 и 11 поступают на управляющие входы управляемого фильтра 5-и управляемого реактивного сопротивления 12 соответственно.

При этом верхняя граничная частота управляемого фильтра 5 снижается.

Одновременно уменьшакщееся управляемое реактивное сопротивление 12 приводит к снижению частотных свойств дифференциального усилителя 4 ошибки и увеличению линейности его амплитудной характеристики эа счет увеличения глубины местной . обратной связи. Таким образом, при

Ç5 увеличении скорости нарастания входного и выходного сигналов устройства глубина дифференциальной связи уменьшается, а линейность дифференциального усилителя 4

4Q ошибки увеличивается, что снижает перегрузку усилительных каскадов устройства и нелинейные и динамические искажения сигнала. При дальнейшем возрастании скорости

45 нарастания входного сигнала, например, при воздействии на входные цепи устройства мощной внеполосной помехи снижение глубины дифференциальной обратной связи происходит путем дальнейшего завала передаточной характеристики управляемого фильтра 5. За пределами полосы пропускания дифференциального усилителя 1 иэ-за ограниченных частотных свойств скорость нарастания

55 сигнала на его выходе при увеличении частоты входного сигнала перестает возрастать. При этом изменение характеристик дифференциальной обратной связи осуществля60 ется путем регулировки управляемого фильтра 5 с помощью входного сигнала, сформированного второй формирукщей цепью 8.

В качестве первой, второй и ,третьей формирующих цепей 6,8 и 10

1078588

Составитель Н.Дубровская

Техред M. Tenep Корректор А.Тяско

Редактор Н.Безродная

Заказ 983/51 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F.-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 могут быть использованы, например

RC-дифференцирукщие цепочки или . фильтры верхних частот. Дальнейшее повышение точности устройства может быть получено применением в качестве формирующих цепей полосовых фильтров, что позволяет снизить просочку управлякщих напряжений в сигнальные цепи. Выполнение цепей управления симметричными также позволяет снизить просочку управляющих напряжений в сигнальные цепи.

Первый и второй нелинейные элементы 9 и 11 имеют амплитудные характеристики, эадакщие законы регулирования управляемого фильтра 5 и управляемого реактивного сопротивления 12 s диапазоне управляю ших напряжений.

Предлагаемое устройство может быть применено в составе многоканального телеметрического измерительного комплекса в качестве прецизионного быстродействукщего измерительного усилителя. Заданные точностные характеристики усилителя (точность 0,015%), выполнящцего функцию нормализации сигналов, поступакщих от датчиков, могут быть реализованы и.другими методами. Однако сложность известньх схем пре10 циэионных усилителей с дифференциальным входом затрудняет их реализацию в виде полупроводниковых интегральных схем (ИС). Реализация в виде гибридных ИС резко повышает

15 стоимость устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить заданные точностные характеристики с помощью относительно несложной схемы, легко реализуемой в виде полупроводниковой ИС.