Усилитель переменного сигнала

 

УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА , вьшолненный с .симметричным входом , содержащий операционный усилитель , охваченный цепью отрицательной обратной связи, а также трансформатор , выполненный с тремя обмотками, причем первый вьтод первой обмотки трансформатора является первым входом усилителя переменного сигнала, выход которого через вторую обмотку трансформатора соединен с общей шиной. отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажеНИИ и повышения стабильности коэффициента усиления, в него введены управляемые синхронно три нормально разомкнутые и три нормально замкнутые ключи, при этом второй вывод первой обмотки трансформатора через первый нормально замкнутьм ключ соединен с инвертируемым входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через первый нормально разомкнутый ключ соединен с общей шиной и через второй нормально замкнутый ключ с первым выводом третьей обмотки трансформатора, второй вывод которой является вторым входом усилителя пере-, (Л менного сигнала, выход которого .через второй нормально разомкнутый ключ f соединен с общей шиной и через трег тий нормально замкнутый ключ - с вы- В ходом операционного усилителя, а цепь отрицательной обратной связи которого вьтолнена на третьем нормально разомкнутом ключе.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИИ (!9) (11) 5р Н 03 F 3/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3395010/18-09 (22) 05.02.82 (46) 23.08.84. Бюл. У 31 (72) В.Н.Аристов, В.Л.Костин, В.П.Соколянский и А.Г.Хильченко (71) Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского (53) 621.375.026(088.8) (56) 1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., "Энергия", Ленинградское отделение, 1980, с. 53.

2. Там же, с.88, рис.4-16а (прототип) . (54)(57) УСИЛИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА, выполненный с .симметричным входом, содержащий операционный усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, а также трансформатор, выполненный с тремя обмотками, причем первый вывод первой обмотки трансформатора является первым входом усилителя переменного сигнала, выход которого через вторую обмотку трансформатора соединен с. общей шиной, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений и повышения стабильности коэффициента усиления, в него введены управляемые синхронно три нормально разомкнутые и три нормально замкнутые ключи, при этом второй вывод первой обмотки трансформатора через первый нормально замкнутый ключ соединен с инвертируемым входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через первый нормально разомкнутый ключ соединен с общей шиной и через второй нормально замкнутый ключс первым выводом третьей обмотки трансформатора, второй вывод которой 3 является вторым входом усилителя пере-уу менного сигнала, выход которого через %УФ второй нормально разомкнутый ключ С соединен с общей шиной и через третий нормально замкнутый ключ — с вы- Я ходом операционного усилителя, а цеп отрицательной обратной связи которог выполнена на третьем нормально разом кнутом ключе.

1109875

Изобретеиие относится к электронным схемам общего назначения и может использоваться в прецизионной измерительной аппаратуре, например в тензометрических устройствах. 5

Известен усилитель переменного сигнала, содержащий операционный усилитель с цепью отрицательной обратной связи на резисторах и резисторный входной делитель (1). 10

Однако в этом устройстве сравнительно низкое входное сопротивление по обоим входам, что приводит к зависимости коэффициента усиления от внутреннего сопротивления источников вход15 ного. сигнала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является усилитель переменного сигнала, выполненный с симметричным входом, содержащий 2б операционный усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, а также трансформатор, выполненный с тремя обмотками, причем первый вывод первой обмотки трансформатора являет-2S ся первым входом усилителя переменного сигнала, выход которого через вторую обмотку трансформатора соединен с общей шиной Г2 1;

Однако в известном устройстве наря-1О ду с высоким коэффициентом ослабления синфазной составляющей входного сигнала имеются погрешности, вызванные влиянием на величину коэффициента усиления температурной и временной

35 нестабильности обратной связи и низкого входного сопротивления, приводящего к зависимости коэффициента усиления от величины внутреннего сопротивления источников входного сиг- 40 нала.

Цель изобретения — уменьшение не\ линейных искажений и повышение стабильности коэффициента усиления.

Эта цель достигается тем, что в

45 усилитель переменного сигнала, выполненный с симметричным входом, содер жащий операционный усилитель, охваченный цепью отрицательной обратной связи, а также трансформатор, выпол- 5О ненный с тремя обмотками, причем первый вывод первой обмотки трансформатора является первым входом усилителя переменного сигнала, выход которого через вторую обмотку трансформа- 55 тора соединен с общей шиной, введены управляемые синхронно три нормально разомкнутые и три нормально замк нутые ключи, при этом второй вывод первой обмотки трансформатора через первый нормально замкнутый ключ соединен с инвертируемым входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через первый нормально разомкнутый ключ соединен с общей шиной и через второй нормально замкнутый ключ — с первым выводом третьей обмотки трансформатора, второй вывод которой является вторым входом усилителя переменного сигнала, выход которого через второй нормально разомкнутый ключ соединен с общей шиной и через третий нормально замкнутый ключ с выходом операционного усилителя, а цепь отрицательной обратной связи которого выполнена на третьем нормально разомкнутом ключе.

На чертеже представлена схема предлагаемого усилителя переменного сигнала.

Усилитель переменного сигнала содержит операционный усилитель 1,трансформатор 2 с первой 3, второй 4 и третьей 5 обмотками, первый Ь, второй 7 и третий 8 нормально замкнутые ключи, первый 9, второй 10 и третий

11 нормально разомкнутые ключи.

Усилитель переменного сигнала работает в рабочем режиме и режиме восстановления.

В рабочем режиме, если дифференциальный сигнал на входе усилителя переменного сигнала не равен нулю, то на выходе операционного усилителя 1 возникает сигнал, который через от" крытый третий нормально замкнутый ключ 8 поступает на вторую обмотку 4 трансформатора 2. Этот сигнал индуцирует в первой .3 и третьей 5 обмотках трансформатора 2 напряжения, которые компенсируют входные напряжения, поступающие соответственно с первого и второго входов усилителя переменного сигнала. Напряжение на второй обмотке 4 трансформатора 2 возрастает до тех пор, пока не выполнится равенство напряжения в первой 3 и третьей 5 обмотках трансформатора 2 и разности входных напряжений усилителя переменного сигнала, Точность этого равенства обеспечивается высоким козффициентом усиления операционного усилителя

1. В момент компенсации первая 3 и третья 5 обмотки трансформатора 2 обесточены.

1109875

45 После режима восстановления усилитель переменного сигнала переключается в рабочий режим.

Таким образом, в предлагаемом усилителе переменного сигнала по сравне..

50 нию с известным уменьшаются нелинейные искажения.

Так как разность входных сигналов равна компенсирующему сигналу на первой 3 и третьей 5 обмотках трансформатора 2, то напряжение на второй обмотке 4 трансформатора 2 равно разности входных напряжений усилителя переменного сигнала, умноженной на коэффициент трансформации, равный коэффициенту усиления переменного сигнала. Это напряжение поступает на выход усилителя переменного сигнала.

При воздействии на входы усилителя переменного сигнала дифференциального сигнала, симметричного относительно нулевого уровня благодаря симметрии первой 3 и третьей 5 обмоток трансформатора 2, синфазный сигнал, поступающий на входы операционного усилителя 1, равен нулю, что повышает точность усилителя переменного сигнала. При поступлении со входов усилителя переменного сигнала постоянной разности напряжений или сигналов с каким-либо уровнем пос гоянной составляющей, а также из-за наличия напряжений смещения операционного усилителя 1 ток во второй обмотке 4 трансформатора 2 постепенно увеличивается, что может привести к выходу операционного усилителя 1 из линейной области.

Длительность рабочего режима в зависимости от параметров операционного усилителя 1 по выходному току и индуктивности второй обмотки 4 выбирается так, чтобы выхода из линейной области заведомо не происходило.

Традиционный метод разделения переменной и постоянной составляющих сигнала с помощью конденсаторов приводит к длительному времени восстановления усилителя после перегрузки, что для точных измерительных усилителей недопустимо.

Для предотвращения выхода из линейной области операционного усилителя 1, а следовательно, для устойчивой работы всего усилителя переменного сигнала предусмотрен периодический режим восстановления нулевого значения тока во второй обмотке 4 трансформатора 2. В этом режиме первый 9, второй 10 и третий !1 нормаль" но разомкнутые ключи открываются, а первый 6, второй 7 и третий 8 нормально замкнутые ключи закрываются.

При этом входные напряжения усилителя переменного напряжения и напряжения на первой 3 н третьей 5 обмотках трансформатора 2 отключаются от входов операционного усилителя 1, который с помощью третьего нормально разомкнутого ключа включается по схеме повторителя напряжения. При помо15 щи первого нормально разомкнутого ключа 9 неинвертирующий вход операционного усилителя 1 подключается к шине нулевого потенциала и на выходе этого усилителя устанавливается на26 пряжение близкое к нулю. Вторая обУ мотка 4 трансформатора 2 отключается при помощи третьего нормально замкнутого ключа 8 от выхода операционного усилителя 1 и шунтируется вторым нормально разомкнутым ключом 10.

Благодаря этому, магнитная энергия, накопленная в трансформаторе 2, рассеивается и значение тока во второй обмотке 4 трансформатора 2 принимает значение, близкое к нулю, что позволяет работать операционному усилителю. 1 в линейной области. Длительность режима восстановления зависит от величины энергии, накопленной в трансформаторе за один период входноЗ5 го сигнала, и параметров цепи восстановления. Величина энергии, накопленной в трансформаторе 2, определяется напряжением смещения операционного усилителя 1 и постоянной состав4О ляющей входного сигнала. В зависимости от величины этой энергии выбирается время режима восстановления и параметры цепи восстановления.

Составитель И.Водяхина

Редактор О.Черниченко Техред Т.Маточка Корректор В.Бутяга

Заказ 6099/40 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4