Коммутатор с переменой знака выходного напряжения

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ам Н 03 К 17/687

ttлЦ2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804234/21 (22) 30,01.90 (46) 07.07.92, Бюл. O 25 (71) Научно-исследовательский институт автоматики Научно-производственного обьединения автоматики (72) А.В. Водеников (53) 621.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1128386, кл. Н 03 К 17/687, 1983.

Бахтиаров Г.Д. и др. Аналого-цифровые преобразователи. М.: "Советское радио", 1l 980. с. 52, рис. 3.6" 3". (54) КОММУТАТОР С ПЕРЕМЕНОИ ЗНАКА

ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах сбора, обработки и преобразования аналоговой информации. Цель изобретения — повышение быстродействия коммутатора. Ж,„, 1746528 А1 с переменой знака выходного напряжения путем уменьшения времени установления операционных усилителей. Для изменения знака выходного напряжения через шину 9 на управляющие входы аналоговых пере-. ключателей 1, 10, 11 подается единичный уровень. Аналоговые входы переключателей 1, 10, 11 замкнуты с нормально разомкнутыми выходами, Входное напряжение с шины 7 поступает на инвертирующий вход усилителя 2, напряжение с выхода которого поступает через переключатель 10 на резисторы 6 и 5. Напряжение с выхода усилителя

3, совпадающее по знаку с напряжением на входной шине 7, поступает через переключатель 1 на резистор 4 и шину 12. Напряжение с выходной шины 12 через переключатель 11 поступает на неинвертирующий вход усилителя 2, замыкая контур общей отрицательной обратной связи. 1 ил, 1746528

Изобретение относится к аналоговой измерительной технике и автоматике и предназначено для использования в системах сбора, обработки и преобразования аналоговой информации.

Известен коммутатор с переменой знака выходного напряжения, содержащий пять резисторов, операционный усилитель и аналоговый ключ, управляющий вход которого является управляющим входом коммутатора, аналоговый вход подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя и через первый резистор — к входной шине, а выход — через второй резистор к шине нулевого потенциала и через третий резистор — к выходной шине и к выходу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого через четвертый резистор подключен к входной шине, а через пятый — к выходной.

Недостаток коммутатора заключается в низком быстродействии, обусловленном большим временем установления операционного усилителя при переключении управляющего сигнала, Также . данный коммутатор имеет существенную погрешность, вызываемую током утечки закрытого ключа, несогласованностью сопротивлений резисторов и открытого ключа и низким входным сопротивлением при инвертировани входного сигнала от высокоомного датчика.

Известен также коммутатор с переменой знака выходного напряжения, содержащий аналоговый переключатель и два операционных усилителя, вход первого из которых, включенного инвертором, является входом коммутатора, а выход второго— выходом коммутатора, инвертирующий вход второго операционного усилителя подключен через первый резистор к выходу второго операционного усилителя. а через второй резистор — к выходу первого операционного усилителя и к нормально разом кнутому выходу аналогового переключателя, нормально замкнутый выход которого подключен к шине нулевого потенциала, а аналоговый вход- к неинввртирующему входу второго операционного усилителя.

Недостаток данного коммутатора закл1очается в низком быстродействии, обусловленном большим временем установления второго операционного усилителя при переключении управляющего сигнала, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коммутатор с. переменой знака-выходного напряжения, содержащий аналоговый переключатель, три операционных усилителя и три резистора, инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с входной шиной и через третий резистор — со

5 своим выходом и с нормально замкнутым выходом аналогового переключателя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине, а его инвертирующий вход соединен с неинвер10 тирующим входом первого операционного усилителя, через первый резистор — с выходом второго операционного усилителя и с нормально разомкнутым. выходом аналогового переключателя, а через второй рези15 стор — с нормально замкнутым выходом аналогового переключателя, управляющий вход которого соединен с шиной управления, а аналоговый вход — с неинвертирующим входом третьего операционного

20 усилителя, выход которого соединен с инвертирующим входом и с выходной шиной.

Недостаток данного коммутатора также .заключается в низком быстродействии, обусловленном большим временем установ25 ления третьего операционного усилителя при переключении управляющего сигнала.

Исключить же иэ коммутатора третий операционный усилитель, включенный повторителем. для большинства случаев реальных

30 сопротивлений нагрузок (от сотен Ом до 1

МОм) в прецизионных устройствах невозможно иэ-эа появления при этом большой по величине составляющей погрешности, обусловленной температурным и времен35 ным изменением сопротивления включенного канала аналогового переключателя, а также разной величиной сопротивлений каналов аналогового переключателя и изменением сопротивления нагрузки.

40 Цель изобретения — повышение быстродействия коммутатора, Указанная цель достигается тем, что в известный коммутатор с переменой знака выходного напряжения, содержащий пер45 вый аналоговый переключатель, первый и второй операционные усилители, первый. второй и третий резисторы, инвертирующий вход перво о операционного усилителя соединен с входной шиной, неинвертирующий

50 вход второго операционного усилителя подключен к общей шине, инвертирующий вход второго операционного усилителя через первый резистор соединен с нормально разомкнутым выходом первого аналогового

55 переключателя. а через второй резистор — с первым выводом третьего резистора и с нормально замкнутым выходом первого аналогового переключателя. управляющий вход которого подключен к шине управле- ния, дополнительно введены второй и тре1746528 тий аналоговые переключатели, управляющие входы которых соединены с шиной управления, а аналоговые входы подключены соответственно к выходу и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, нормально разомкнутый выход третьего аналогового переключателя соединен с нормально замкнутым выходом второго аналогового переключателя, с нормально разомкнутым выходом первого аналогового переключателя и с выходной шиной,.нормально замкнутый выход третьего аналогового переключателя подключен к нормально разомкнутому выходу второго аналогового переключателя и первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого аналогового переключателя.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Коммутатор с переменой знака выходного напряжения содержит первый аналоговый переключатель 1. первый 2 и второй

3 операционные усилители. первый 4, второй 5 и третий 6 резисторы. Инвертирующий вход первого операционного усилителя

2 соединен с входной шиной 7, неинверти. рующий вход второго операционного усилителя 3 подключен к общей шине 8, ;- .нвертирующий вход второго операционного усилителя 3 через первый резистор 4 соединен с нормально разомкнутым выходом . первого аналогового переключателя 1, а через второй резистор 5 — с первым выводом третьего резистора 6 и с нормально замкнутым выходом первого аналогового переключателя 1, управляющий вход которого подключен к шине 9 управления. В коммутатор дополнительно введены второй 10 и третий 11 аналоговые переключатели, управляющие входы которых соединены с шиной 9 управления, а аналоговые входы подключены соответственно к выходу и неинвертирующему входу первого операционного усилителя 2, нормально разомкнутый выход третьего аналогового переключателя

11 соединен с нормально замкнутым выходом второго аналогового переключателя 10, с нормально разомкнутым выходом первого аналогового переключателя 1 и с выходной шиной 12, нормально замкнутый выход третьего аналогового переключателя 11 подключен K нормально разомкнутому выходу второго аналогового переключателя 10 и к первому выводу третьего резистора 6, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 3, выход которого подключен к аналоговому входу первого аналогового переключателя 1.

Коммутатор с переменой знака выходного напряжения работает следующим образом.

Предположим, что с шины 9 управления на управляющие входы аналоговых переключателей 1, 10 и 11 поступает нулевой уровень. При этом аналоговые переключате10 ли 1, 10 и 11 установлены в состояние, в котором их аналоговые входы соединены с нормально замкнутыми выходами. Входное напряжение поступает с входной:шинй 7 на инвертирующий вход первого операцион15 ного усилителя 2. Проинвертировайное значение входного напряжения поступает с выхода первого операционного усилителя 2 через второй аналоговый переключатель 10 на выходную шину 12 и на первый резистор

4, являющийся входом инвертора напряжения, выполненного на втором операционном усилителе 3 и резисторах 4 и 5, Напряжение с выхода второго операцион-. ного усилителя 3, совпадающее по знаку с через первый аналоговый переключатель 1 на второй резистор 5 обратной связи и на третий резистор 6, сопротивление которого (Rs) равно сопротивлению нагрузки (Й,) на

30 выходной шине 12, Напряжение с третьего резистора 6 через третий аналоговый переключатель 11 поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя

2, замыкая контур общей отрицательной обратной связи. Для того, чтобы выходное напряжение соответствовало по абсолютной величине входному, необходимо иметь ко35 эффициент передачи инвертора напряжения, выполненного на втором операционном усилителе 3 и резисторах 4 и

5, равный минус единице (-1), что обеспечивается при равенстве сопротивлений резисторов 4 и 5 (R4 = Rg = R): Таким образом, при нулевом уровне сигнала на шине 9 управления напряжение на выходной шине 12 равно Usbix = -UBx. где 0 — напряжение на входной шине 7.

Для изменения знака выходного напряжения через шину 9 управления на управля45

50 ющие входы аналоговых переключателей 1, 10 и 11 выдается единичный уровень. При этом аналоговые переключатели 1, 10 и 11 установлены в состояние, в котором их аналоговые входы замкнуты с нормально разомкнутыми выходами. Входное напряжение поступает с входной шины 7 на инвертирующий вход первого операционного усилителя 2. Проинвертированное значение входного напряжения поступает с выхода первого операционного усилителя 2 через

25 напряжением на входной шине 7, поступает

1746528 второй аналоговый переключатель 10 на третий резистор 6 и второй. резистор 5. являющийся входом инвертора напряжения, выполненного на втором операционном усилителе 3 и резисторах 4 и 5. Напряжение с выхода второго операционного усилителя

3, совпадающее по знаку с напряжением на входйой шине 7, поступает через первый аналоговый переключатель 1 на резистор 4 обратной связи и на выходную шину 12;

Напряжение с последней через аналоговый переключатель 11.поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2, замыкая контур общей отрицательной обратной связи. Таким образом, при едийичном уровне сигнала на шине

9 управления напряжение на выходной шине 12 равно.0вих - Овх. Сопротивление трвтьего резистора 6 (Re) выбирается равным сопротивлению нагрузки на шине 12 (R ), а сопротивление первого резистора 4 (R4) равным сопротивлению второго резистора 5 (Яв), так как при этих условиях пере. пад напряжений ва выходах операционных усилителей 2 и 3 при переключениях аналоговых переключателей 1, 10 и 11.минимален и, соответственно, минимально время их установления после переключения. Действительно, время установления tyc операционных усилителей определяется по формуле

Ь Овх х„„= -st+2,3 ti X

X fg (S fgf6 ЬUex), где ЬОвх — перепад напряжений на входе операционного усилителя;

S —.скорость нарастания выходного напряжения усилителя (например, S

-2 5 В/мкс для усилителя 14ОУД6А);

tq — постоянная времени участка экспоненциального установления операционного усилителя (например, для биполярных опе;рационных усилителей со сложной схемой

0,18 входного каскада равна кг « — го — и, со ответственно., для усилителя 140УД6А тт ==0,04 мкс); а.— требуемая погрешность установления значения выходного напряжения (например е-10 ).

Перепад напряжения на входе третьего операционного усилителя bU» в известном устройстве в диапазоне входных напряжений й103составляет й4х=20В, В предлагаемом устройстве максимальнblA перепад напряжений на входе первого 2 и второго 3. операционных:усилителей равен

hUax.п1ах = !ОУвах(Ь кв + h н). где Ipy x — максимальный выходной ток операционного усилителя при сопротивлении нагрузки R (например, для 140УД6А и большинства других операционных усили- . телей этот ток равен 5 мА при минимально допустимом сопротивлении нагрузки

R -2 кОм);

Лйх — разброс сопротивлений включенных ключей аналоговых переключателей

1р (например, при использовании аналоговых переключателей 590КН4 Ь R

Ь R> — разйость сопротивлений нагрузки (R ) и сопротивлений третьего резистора (Вв) (например, при минимальном допусти15 мом сопротивлении нагрузки для операционного усилителя 140УД6А RH = 2 кОм и согласованности сопротивления нагрузки и третьего резистора с точностью 10 ЬЯн =

-200 Ом).

20 Предлагаемый коммутатор с переменой знака выходного напряжения может быть выполнен на серийно выпускаемых элементах, Например, он может быть выполнен на аналоговых переключателях двух микро25 схем -590КН4. двух операционных усилителях 140УД6А и трех резисторах типа С2-29В.

При этом максимальный перепад на входах операционных усилителей не превышает

1,25 В и время установления двух операци30 онных усилителей, охваченных общей отрицательной обратной связью, не превышает

1.1 мкс, в то время, как в известном устройстве при тех же условиях перепад напряжения составляет 20 В и время установления

35 больше 8 мкс.

Предлагаемый коммутатор с переменой знака выходного напряжения по сравнению с известным. за счет введения в него двух дополнительных аналоговых переключате40 лей с соответствующими связями позволяет повысить быстродействие коммутации аналоговых сигналов за счет уменьшения времени установления операционных усилителей и обеспечить при этом высокую

45 точность коммутации положительных и отрицательных уровней входных сигналов.

Указанные преимущества позволяют использовать предложенный коммутатор с пе-. ременой знака выходного напряжения в

5р прецизионных быстродействующих системах сбора, обработки и преобразования аналоговой информации ..

Формула изобретения

55 Коммутатор с йеременой знака выходного. напряжения, содержащий первый аналоговый переключатель, первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий резисторы. инвертирующий вход

1746528

Составитель А. Водяников

Техред М.Моргентал Корректор О. Ципле

Редактор H. Яцола. Заказ 2403 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 первого операционного усилителя соединен с входной шиной, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине. инвертирующий вход второго операционного усилителя через первый резистор соединен с нормально разомкнутым выходом первого аналогового переключателя, а через второй резистор — с первым выводом третьего резистора и с нормально замкнутым выходом nepaoro аналогового переключателя, управляющий вход которого подключен к шине управления, отличающийся тем, что. с целью .повышения быстродействия, введены второй и третий аналоговые переключатели, управляющие входы которых соединены с шиной управления, а аналоговые входы подключены соответственно к выходу и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, нормально разомкнутый выход третьего аналогового переключателя

S соединен с Hîðìýëüíî замкнутым выходом второго айалогового переключателя, нормально разомкнутым выходом первого аналогового переключателя и выходной шиной, нормально замкнутый выход третьего ана-.

10 логового переключателя подключен к нормально разомкнутому выходу второго аналогового переключателя и первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с неинвертирующим входом

15 второго операционного усилителя, выход которого подключен к аналоговому входу первого аналогового переключателя.

Коммутатор с переменой знака выходного напряжения Коммутатор с переменой знака выходного напряжения Коммутатор с переменой знака выходного напряжения Коммутатор с переменой знака выходного напряжения Коммутатор с переменой знака выходного напряжения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для коммутации различного вида нагрузок, включая электромагнитные при постоянном питающим напряжении, и может быть использовано в устройствах электропривода, импульсных транзисторных преобразователях и т.п

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, в частности, может быть использовано для коммутации сигналов переменного тока и постоянного тока, положительной полярности

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в мощных ВЧ-генераторах радиопередающих устройств и технологических установок

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использоеа- .ния в качестве мощных В Ч генераторов радиопередающих устройств и технологических установок

Изобретение относится к импульсной технике и ысмсет использоваться а монолитных многоканальн( коммутаторах

Изобретение относится к радиотехнике, и может быть использовано в приемо-усилительных устройствах в цепях обработки и коммутации полярности импульсных напряжений сигнала, следующих через относительно короткий интервал времени на фоне шумовой помехи

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и может быть использовано , например, в сильноточной БИС управления магнитооптическим транспарантом в качестве выходного устройства

Изобретение относится к коммутационной технике в полупроводниковом микроэлектронном исполнении и может быть использовано в гибридных многоэлементных инфракрасных (ИК) фотоприемниках

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства бесконтактной защиты вторичных источников электропитания

Изобретение относится к схеме возбуждения емкостной нагрузки, которая возбуждает емкостную нагрузку на основании входного напряжения, и к устройству отображения, включающему в себя схему возбуждения емкостной нагрузки

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации высоких напряжений, например, во вторичных источниках электропитания

Изобретение относится к электронной технике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в модуляторах импульсных передатчиков РЛС

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам коммутации сильноточных электрических сигналов, и может быть использовано в устройствах электропривода и преобразователях энергии постоянного напряжения

Изобретение относится к коммутационной технике

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве бесконтактной защиты вторичных источников электропитания

Изобретение относится к коммутации силовых электрических сигналов, например в устройствах автоматики или преобразовательной техники
Наверх