Регулируемый измерительный усилитель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ кспжлин.,Я0.„164604

А1 (я) 5 Н 03 э 3/20 ОсуА РстВеккый кОмитет

AH. Гинт оссР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОЮСНОМЪ СИИДВтюъСтВу

* .1. л.

/ ,л (2t) 4691445/05 (22) 04.04.89 (46) 30.04.91. Бюл. В t6 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению средствами автоматизации (72) Н.И. Коровин (53) 621.396.666(088.8) (56) Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС, M.; Мир, 1985, рис. 1 1.25, с. 392. (54) РЕГУЛИРУЕИЬ1И H3HEPHTEJIbHbN

УСИЛИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности при реверсировании. коэффи1 циента усиления. Регулируемый измерительный усилитель содержит резисторы

Изобретение относится к радиотехнике и может быть применено для аналоговой функциональной обработки сиг-. налов в различных системах и устройствах.

Цель изобретения - повьппение точности при реверсированнн коэффициента усиления.

На чертеже приведена принципиальная схема регулируемого измерительного усилителя.

Регулируемый измерительный усилитель содержит первый, второй, третий и четвертый резисторы 1 - 4 переменный резистор S первый и второй и операционные усилители 6 и 7 и дифференциальный усилитель 8.

1-4, переменный резистор 5 в виде потенциометра, операционные усилители

6 и 7 и дифференциальный усилитель 8.

В данном усилителе нестаоильное переходное сопротивление переменного резистора 5 не входит в измерительную цепь, т.к. включено последовательно с больютм сопротивлением входа операционного усилителя 6. Это способствует повышению точности коэффициента усиления. Кроме того, резисторы 3 - 5 имеют синхронный дрейф (нестабиль-, ность) и их отношение является постоянной величиной, что также способствует повьппению точности коэффициента усиления, Наличие расширенного набора регулировочных зависимостей в измерительном усилителе расширяет его область применения. 1 ил.

Регулируемьп! измерительный усилитель раоотает следующим образом.

Введем некоторые оооэначения.

Сопротивление резисторов будем обозначать буквой К с индексом. comветствующим обозначению резистора на чертеже. Относительное положение движка переменного резистора 5, включенного по схеме потенциометра (трехвыводное подключение) обозначим через И . Поэтому части потенциометра соответственно вьппе и ниже движка по чертежу имеют сопротивление QR; (1-og. На первом входе регулируемого измерительного усилителя действует напряжение Ц, на втором 0<, на выходе Uy. Все три операционные уси1646046

-u -(u -u )-

У Я б Z К

+1) (Ц -Ц,), (10) К4 1 1

- U--- — ) . !

Кб М) (4) 40 К э+К а

К +К4+К (5) (6) V4 Цб (u Uá)N»

U7 U -(Ц4-Ц )М с лителя (ОУ) охвачены отрицательной обратной связью. Это означает, что между входами каждого операционного усилителя устанавливается нулевое напряжение (напряжением входного сие5 щения пренебрегаем). Таким образом, к среднему отводу переменного резистора приложено напряжение u>:» а к отводу на третьем н четвертом резис- !0 торах делителя приложено напряжение

Ц<. Как следствие напряжений u<» U< устанавливаются определенные значения напряжений U4-U>. Выведем передаточное уравнение измерительного 15 усилителя. Можно записать следующие уравнения: (u-u) — - U- — -u

К, f М ! т 1-бб 11-76 1-М (!) 20 U (+ +1)-U — — (2)

R4

2 Кб 6 R>

Из равенства (1), (2) можно выразить ц ц, ц (к+1) 10

1 1 Ка 5L

R4 OL»1-Р + К7 1-ф»

К, 1-Ф (3)

U — - — — Ц (— +1)

1 R4. т R4 Р 2 К7 .«««

R 1-0

Обозначим эквивалентное сопротивление параллельно соединенных переменного резистора 9 (со стороны крайних выводов) и резистивного делителя на третьем и четвертом резисторах 3,4 4 через

Примем обычно выполняемое равенст50 во К» К К.,Кроме того, обозначим

R ! отноаение резисторов -х- М. Затем

К7 выразим напряжение U4, U7 по форму- 55 лам

Далее найдем, используя равенства (S), (6) Ьц-ц4 ц (цб-u ) (2м 1), (7)

Иэ зависимостей (3), (4) выразим следующую разность

u -u —; — — — (- +1) (u -u ).

1 К 1 R4 K R7 1у

1- — —- (8) К 1-66

Подставим равенство (S) в формулу (7) получим

Ы-ц -u - — - (— +12 — (ц -v ) 2М+1 R4

К4 юС R7 1g, (9) Затем, обозначив коэффициент передачи дифференциального усилителя,колучии выходное напряжение Ц измери- э тельного усилителя

Я(2М+1) К 4

U -Н(Ц -U ) -" — — + — -(— -.+:

К4 0(К

Кб -ф

Следовательно, коэффициент усиления регулируемого измерительного усилителя равек й(2М+1) К4 1 к - ---- -- (+!) -- (!!)

Ка К К7 1- б » й7 1-R, 1

Из формулы (11) видно, что изменение знака реверсирования коэффициента усиления происходит при

OL

1 (12)

К

Это соответствует балансу четырехплечего моста, плечами которого являются сопротивления g К » (1-4ОК ; К е

Кб; Такое усложкекное йостроение элемекта регулировки коэффициента усиле« ния и позволяет достичь цели изобретения. В регулируемом измерительном усилителе нестабильное переходное сопротивление контакта кереиенного резистора 5 вынесено в диагональ (за диагональ) упомянутого моста. Оно не входит в измерительную цепь, так как включено последовательно с бопьиии (не менее 200 кОм) сопротивлением входа первого операционного уаилителя.

Это и способствует повмвенив точности

N(2M+1)

К и 1 -К (17) 2Я(2М+1

1-2С6

И (2М+1) К вЂ” — — ——

К6 — -- — -К к4+к3 (14) 30

R,- К4, И (2М+1 }

К

0,5- фб

При (15) N(2M-1)

К gs ю @

3 g, °

45 (16) 5 1ь460 коэффициента усиления. Кроме того, в формулу (11) для коэффициента усиления входят отношения лишь однородных (одного типа) резисторов, в частности

К «а» К

5 к ° (1- а)К

Резисторы входящие в упомянутые отношения, имеют синхронный дрейф (нестабильность), при этом их .отношение является более постоянной величиной. Это также способствует повышению точности коэффициента усиления.

Из целей получения симметричности регулировки в формуле (11) целесообрВ3Но положить R g К4. °

С учетом этой подстановки выражение (11) преобразуется к виду

Покажем далее возможность получения различного набора регулировочных зависимостей коэффициента усиления. Выражение (11) можно преобразовать к виду

Это выражение свидетельствует об об35 ратной регулировочной зависимости, при которой параметр регулировки находится в знаменателе выражения (15).

Возможны различные вариации этой регулировки. Цсщошив в выражение (15) îíà- 40 чала К > о, а затем R< оО, можно получить следующие регулировочные зависимости (без изменения знака коэффициента усиления) В первом случае прн увеличении параметра ф(, (относительного положения среднего вывода переменного резистора 5) коэффициент усиления уменьшается, оставаясь отрицательным, Во втором же случае он при тех же условиях увеличивается, будучи положительньзк, Наличие расширенного набора регулировочных зависимостей в предложенном измерительном усилителе расширяет его область применения.

Формула и з о б р е т е н н я

Регулируемый измерительный усили- тель, содержащий первый и второй операционные усилители, неинвертирующие входы которых являются входами регулируемого измерительного усилителя, и дифференциальный усилитель, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, а его выход является выходом регулируемого измерительного усилитепя, при этом между выходами первого и второго операционных усилителей включены последовательно соединенные первый резистор, переменный резистор и второй резистор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при реверсировании коэффициента усиления, в него введены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, подключенные параллельно переменному резистору, а точка их соединения подключена к инвертирующему входу второго операционного усилителя, при этом переменный резистор выполнен в виде потенциометра, средний вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя.

1б46046

Составитель Ю, Черненк

Техред Л,Олийивк

Редактор Н. Коляда

Корректор Н. Ревская Заказ 1555 Тираж 454 Поднисное

ВНИИПИ Государственного кожтета но изобретениян и открытияк нри ГКНТ СССР

113035, Иосква, %-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101