Операционный усилитель

 

Изобретение относится к элементам автоматики и вычислительной техники , в частности, может быть использовано в прецизионных радиоэлектронных устройствах, преимущественно в аналоговой и электроизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей операционного усилителя за счет получения дифференциального входа и повышения стабильности нулевого уровня. Для этого в операционный усилитель, сб-- держащий дифференциальный усилитель (ДУ), блок синхронизации (БС) и первый двухканальньш усилитель с автоматической компенсацией смещения нуля, состоящий из первого и второго двухдиапазонкых ключей, первого и второго усилителей постоянного тока (УПТ), двух балластных резисторов, двух коммутаторов , сумматора и двух элементов выборки-хранения (ЭВХ), причем управляющие входы ключей, ЭВХ и коммутаторов подключены к соответствующим выходам БС, введен второй двухканальньм усилитель, вьтолненный и подключенный аналогично первому, два усилителя-инвертора, два входньк резистора и двуплечий резистивный четырехполюсник . 2 ил. (Л

СОЮЗ СоаЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (111

G 06 G 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ еД

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4204253/24-24 (22) 12.01.87 (46) 23.01.89. Бюл. К- 3 (72) А.У.Рудольфович, В.В.Меер, В.И.Нестеров и В.А.Яковлев (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1141425, кл. С 06 G 7/12, 1985.

Полонников Д.Е. и др. Пути улучшения быстродействия и стабильности нуля операционных усилителей. — Измерения, контроль, автоматизация. 1975, Ф 1, с. 34-35. .(54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к элементам автоматики и вычислительной техники, в частности, может быть использовано в прецизионных радиоэлектронных устройствах, преимущественно в аналоговой и электроизмерительной технике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей опе" рационного усилителя за счет получения дифференциального входа и повышения стабильности нулевого уровня. Для этого в операционный усилитель, со-, держащий дифференциальный усилитель (ДУ), блок синхронизации (БС) и первый двухканальный усилитель с автоматической компенсацией смещения нуля, состояпдй из первого и второго двухдиапазонных ключей, первого и второго усилителей пс;.тоянного тока (УПТ), двух балластных резисторов, двух коммутаторов, сумматора и двух элементов выборки-хранения (ЭВХ), причем управляющие входы ключей, ЭБХ и коммутаторов подключены к соответствую- с щим выходам БС, введен второй двухкаЖ нальный усилитель, выполненный и подключенный аналогично первому, два усилителя-инвертора, два входных ре- С азистора и двуплечий резистивный четырехполюсник. 2 ил. фрум, 1453417

Изобретение относится к элементам автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в прецизионных радиоэлектронных устройствах

У преимущественно в аналоговой и электраизмерительной технике.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей операционного усилителя. за счет получения дифференциального входа и повышения стабильности нулевого уровня.

На фи-.1 приведена схема операционного усилителя (ОУ),, на фиг.2 временные диаграммы выходных сигналов 15 блока синхронизации.

ОУ (фиг.1) содержит дифференциальный ус :литоль (ДУ) ",, блок синхранинизации,(БС) 2. первый 3 и Второй 4 двухканальные усилители, первый 5 и 2О второй 6 инвертирующие усилители, †åpâûé 7 и второй 8 входные резисто" ры, резистивный четырехполюсник 9,, состоя1ций из двух пар 10 и 11 последсвате,тьно соединенньгх резисторов 12, Q$

1" и 14, 15 обратной связи и шунтирующего резистора 16.

Выполнение двухканальных усилителей 3 и 4 аналогично и они состоят

::.-.з первого 17 и второго 18 двухпозиционньг", ключей,, первые информационные входы которых об ьединены и слу".i3". входам I9 каждаг ) усилителя 3 е гыхоп.-.i ?О и 21 подключены к не4- . т:.рующим .Охадам пеpHага 22 второго 23 усиз... телей постоянного тог:а (УПТ), первого балластного аезистара 24, первого коммутя.тора 25 и .> --. †:о балластного резистора 26„ в... рого коммутатора 27„ сумматора 28.

Инвертирующие входы УПТ 22 и 23 "ое4О динены с их выходами через соответ:.твующие элементы выборки-хране vr: (ЭВХ) 29 и 30. Управляющие входы двухпозиционных ключей 17 и 18 ЭВХ р

29 и 30, а также коммутаторов 25 и

27 в усилителях 3 и 4 подключены к соответствующим выходам 31, 32, 33, и 33 БС 2, при этом вьиоды 33,, и

33> выполнены дифференциальными для формирования противофазных сигналов.Наиболее простое и рациональное вы" полнение сумматора 28 достигается, например, в виде двух резисторов 34 и 35, сопротивление которых пренебрежимо мало (монтажное проводнико-вое объединение токовых сигналов),„ а ЗЗХ 29 .и 30 целесообразно выполнить, например, по пассивной схеме в виде последовательного соединения резистора 36, двухпазиционно". о ключа 37 и запоминающего конденсатора

38. Дифференциальным входом ОУ служат выводы 39 и 40 входных резисторов 7 и 8, а его выходом 41 — выход

ДУ1, например, выполненного по схеме дифференциального решающего усилителя на базе ОУ 42 и двух пар резисторов 43 и 44 (Б4 —— R„<), 45 и 46

„)

Операционный усилитель функционирует следующим образом.

Под управлением сигналов U и U, 31 с выходов БС 31 и 32 ключи 17 и. 37 в ЭВХ 29 (18 и 37 ЭВХ. 30) переключаются пративафазно с соответствующим временным сдвигом относительно аналогичных ключей 18 и 37 в ЭВХ 30 второго канала усилителя 3, обеспечивающим подключение входа УПТ 22 к точке входа 19 усилителя 3 в то время, когда неинвертирующий вход УПТ 23 подключен к шине нулевого потенциала, при этом меньший временной интервал в периоде следования импульсов соответствует режиму хранения, При этом конденсатор 38 ЭВХ 30 ключом 37 подключен в цепь ООС на запоминание значения приведенного напряжения смещения нуля УПТ 23, а конденсатор 38

ЭВХ 29 ключом 37 переведен в режлм хранения значения приведенного напряжения смещения нуля УПТ 22. В резуль".тате, УПТ 22 осуществляет усиление. сигнала, поступающего на вход 19, в

К раз, в то время как напряжение приведенного смещения нуля не усиливает-. ся. В следующем полупериаде управляющего напряжения Пз,, Пз УПТ 22 и 23, а также ЭВХ 29 и 30 по выполняемым функциям меняются местами". Коммутаторы 25 и 27 являются токовыми ключами, которые при малых сопротивлениях резисторов 34 и 35 позволяют соответствующим балластным резисторам 24 и 26 выполнять функции преобразовате- лей напряжения с выходом УПТ 22 и 23 в эквивалентные токи. которые складываются и восстанавливаются в виде суммарного напряжения усилителями-инверторами 5 и 6. При этом благодаря пративофазной работе коммутаторов пад управлением сигналами U и U-.. эЗ )3 с пары выходов 33,, 33 БС 2 осуществляется беспаузное временное уплотнение выходных сигналов УПТ 22 и 23 в непрерывный выходной сигнал в виде

1453417

30 напряжения с вывода соответствующего усилителя-инвертора 5 или б. При достаточно высоком быстродействии ключей 17, 37 в ЭВХ 29 и 18, 37 в ЭВХ 30 упомянутые пары ключей могут управляться парафазными сигналами при скважности, равной двум, с соответствующим упрощением внутренней структуры БС. 10

Каждое соединение усилителей 3 и

5, 4 и б охвачено цепью параллельной

ООС через четырехполюсник 9 таким об- разом, что при подаче сигналов на входы 39 и 40 ОУ на входах 19 усилителей 3 и 4 поддерживается квазинулевое напряжение. Синфазное равное смешение напряжений на входах 39 и

40 приводит к появлению синфаэных равных напряжений обратного знака на выходах усилителей 5 и б, в результате чего на выходе 41 ДУ 1 создается нулевое напряжение.

Работу ОУ при неравных напряжениях на входах 39 и 40 можно пояснить 25 примером. Увеличение напряжения на. входе 39 относительно напряжения на входе 40 -вызовет приращение отрица- тельного напряжения на выходе усилителя-инвертора 5, которое будет передано через резисторы первого плеча 10 и шунтирующий резистор

16 во второе плечо 11 четырехполюсника 9 и на вход 19 усилителя 4 ° Действие возникшего отрицательного при35 ращения напряжения на входе 19 усилителя 4 будет сбалансировано соответствующим положительным приращением напряжения на выходе усилителя-инвер тора 6 через цепь ООС вЂ” второе плечо 40 четырехполюсника 9, Таким образом, в ответ на разбаланс напряжений на входах 39 и 40 усилители 3 и 5, 4 и

6, благодаря их связи через двухплечевой четырехполюсник 9, ведут себя как аналог дифференциального усилительного каскада с большим внутренним усилением в сочетании с подавлением напряжения смещения нуля в каждом из двухканальных усилителей 3 и

Разностное напряжение на выходах усилителей-инверторов 5 и б относительно подавляемого синфазного уровня выделяется с усилением на выходе

41 посредством оконечного ДУ 1.

Положительный эффект достигается следующим образом. Усилители 3 и 5, 4 и 6 совместно с входными резисторами 7 и 8 и четырехполюсником 9 эквивалентны функциональному аналогу дифференциального входного каскада

ОУ, в котором после раздельной компенсации УПТ по способу Принца остаточные приведенные к входам 19 напряжения Ь 1 и А14 смещений нуля усилителей 3 и 4 соответственно можно оценить величинами первого порядка малости (2) (3) -61, A, + 14 А, Д1, А,— а1, А„

"",o

П6,0 где

А (1 + Ь2 + Ь + К14. Ь

Rт б R1 Rg

Ъб R R« (3 R< R э R R8 °

ДУ 1 выделяет раэностное напряжение

П вЂ” Б д, которое пересчитывается к дифференциальному входу 39-40 всего

ОУ как величина второго порядка малости относительно напряжений (1). ье.ао (Ale 1к) (" + о ) ю (4) о = (— -+ 1)/(— 1-+ - + 2- - - -).

В 6 Rr т (5)

Экспериментальные результаты по измерению эквивалентного напряжения (4) не превышали значений 2 мкВ, т.е. практически на порядок меньше, чем в известных ОУ.

1 + Е< 14 + Eg

А 1. ъ (1)

3 Кз Ф К4. где 1 и 1 — характеризуют макси"

4 мальную величину приведенных напряжений смещения нуля УПТ 22 и 23, соответственно входящих в каналы усилителей 3 и 4ю

Е и Е - — напряжения смещений ну6 ля усилителей-инверторов 5 и б, приведенные к их входам;

К и К4 — минимальные значения коэффициентов усиления, которыми обладают УПТ

22 или 23, соответствен " "входящие в каналы усилителей 3 и 4.

Вследствие связи цепей OOC усилителей 3 и 5, 4 и 6 через четырехполюсник 9 напряжения (1) трансформируются на выход усилителей 5 и б как соответствующие начальные напряжения смещения

Фиа2

Составитель А.Маслов

Техред Л.Олийнык Корректор 3.Лончакова

Редактор Н.Тупица Заказ 7286/46 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4

7 14534 включены соответственно между первым и вторым информационными входами операционного усилителя и объединенными первыми информационными входами пер5 ваго и второго двухпазиционных ключей соответственно первого и второго двухканальных усилителей с автоматической компенсацией дрейфа нуля, управляющие входы двухпозиционных клю- 1р

17 8 чей, элементов выборки-хранения и . коммутаторов первого двухканального усилителя с автоматической компенсацией дрейфа нуля соединены с управляющими входами соответствующих двухпозиционных ключей, элементов выборки-хранения и коммутаторов второго двухканального усилителя с автоматической компенсацией дрейфа нуля.