Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока. Техническим результатом является компенсация температурной погрешности усилителя. Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе заключается в том, что измеряют температуру усилителя и формируют сигнал коррекции, который суммируют с выходным сигналом усилителя, при этом напряжение сигнала коррекции формируют пропорционально скорости изменения температуры усилителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока.

Известен способ уменьшения погрешностей, заключающийся в том, что входной низкочастотный сигнал с помощью модулятора преобразуют в высокочастотный сигнал, усиливают усилителем высокой частоты, затем с помощью демодулятора и фильтра восстанавливают постоянную и низкочастотную составляющие сигнала [1].

Однако такое преобразование устраняет только напряжение смещения нуля Uсм, но не устраняет дополнительную погрешность, заключающуюся в дрейфе напряжения смещения нуля, причем дополнительная погрешность может быть сравнима с напряжением входного сигнала.

Действительно, если на вход усилителя подают низкочастотный сигнал U1(t), полярность которого инвертируют модулятором в моменты времени t=m∆t, затем усиливают усилителем с коэффициентом усиления K и напряжением смещения нуля Uсму(t) линейно зависящим от времени

то напряжение на входе демодулятора имеет вид

Uм[m]=K((-1)mU1[m]+U0+αm∆t),

где U1[m]=U1(m∆t), Uм[m]=Uм(m∆t).

Если демодуляцию осуществляют алгоритму

то выходное напряжение усилителя описывается выражением

U2[2m]=K(U1[2m]+U1[2m-1]+α∆t)/2.

Таким образом, на выходе усилителя присутствует составляющая

обусловленная дрейфом напряжения смещения нуля усилителя.

Известно, что изменение напряжения смещения нуля усилителя Uсму(t) в основном определяется температурным дрейфом [2], поэтому, в случае линейного дрейфа, дополнительная погрешность (3) представима в виде:

где β - температурный коэффициент напряжения смещения нуля усилителя, ∆T=ν∆t - приращение температуры усилителя за время модуляции ∆t,ν - скорость изменения температуры усилителя.

Наиболее близким по существу к заявленному способу является способ коррекции температурной погрешности, применяемый в термопарных усилителях, заключающийся в том, что измеряют температуру усилителя, и формируют сигнал коррекции, пропорциональный температуре Т, который суммируют с выходным сигналом усилителя [3]. Этот способ позволяет компенсировать погрешность, обусловленную термоэдс входных контактов, однако в усилителях постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе не устраняет дополнительную погрешность, обусловленную дрейфом напряжения смещения усилителя. Действительно, как следует из соотношения (4), эта погрешность определяется не температурой T усилителя, а скоростью ее изменения ν.

Целью заявленного изобретения является снижение дополнительной погрешности усилителя постоянного тока с модуляцией на входе и демодуляцией на выходе.

Технический результат достигается тем, что формируют суммируемый с выходным сигналом усилителя постоянного тока сигнал коррекции, напряжение которого пропорционально скорости изменения температуры усилителя, а коэффициент пропорциональности измеряют при градуировке усилителя.

Для градуировки усилителя постоянного тока измеряют зависимость напряжения смещения нуля от скорости изменения температуры усилителя. Для этого этом входные зажимы усилителя замыкают, затем усилитель охлаждают до нижней рабочей температуры усилителя, после чего помещается в термостат с предустановленной верхней рабочей температурой усилителя, и фиксируют последовательности значений демодулированного напряжения Uдем0[2m] и его температуры Т[m] в процессе естественного прогрева усилителя до температуры термостата. Затем вычисляют конечные разности, пропорциональные скорости изменения температуры, по алгоритму

и полученные данные аппроксимируют линейной зависимостью вида

где γ=Kβ - коэффициент дрейфа, Uост=KUсм - остаточное постоянное напряжение, Uсм - приведенное к входу напряжение смещения усилителя постоянного тока, обусловленное, например, коммутационной помехой [1].

Сигнал коррекции Uкор формируют из измеренных значений температуры усилителя Т[m] и коэффициентов корреляции γ и Uост, по алгоритму

Выходной сигнал усилителя постоянного тока формируют как сумму напряжений сигнала на выходе демодулятора и сигнала коррекции по алгоритму

Заявленный способ реализован в усилителе постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе, блок-схема которого приведена на фиг.1. Усиливаемый сигнал подключен к входу модулятора 1 (ADG884), температура которого измеряется температурным датчиком 2 (термомост на основе платинового терморезистора 700-102ААВ-В00). Выход модулятора подключен к входу усилителя 3 (четыре включенных параллельно неинвертирующих усилителя, реализованных на микросхемах ОРА211), выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя 4 (AD7190), а ко второму входу преобразователя 4 подключен выход температурного датчика 2. Цифровые коды напряжений выходного сигнала усилителя 3 и температуры датчика 2 подаются на порт ввода-вывода 5 микроконтроллера 6 (ADuC847), который осуществляет программную демодуляцию по алгоритму (2). Таким образом, модулятор 1, усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 4 совместно с микроконтроллером 6 и входящим в состав микроконтроллера 6 цифро-аналоговым преобразователем 7, образуют усилитель постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе.

Модулятор 1, температурный датчик 2, усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 4 находятся в тепловом контакте и помещены в теплоизоляционный кожух 8 для выравнивания их температур. Конечные разности, пропорциональные скорости изменения температуры усилителя, полученные по алгоритму (5) и коды демодулированных напряжений, сформированных по алгоритму (2) заносятся в память микроконтроллера 6, который также осуществляет программное управление процессом измерения, хранит коэффициенты корреляции γ и Uост зависимости (6), формирует сигнал коррекции (7) и с помощью цифро-аналогового преобразователя 7 формирует выходной сигнал по алгоритму (8).

Проведенные исследования показали, что в диапазоне температур 0ºС-40ºС без применения заявленного способа средний тренд приведенного к входу усилителя напряжения смещения нуля составляет 2 нВ/ºС, а с применением заявленного способа - 40 пВ/ºС, среднеквадратичное отклонение отсчетов при постоянной времени 0,85 с составляет 1 нВ как с применением заявленного способа, так и без него. Таким образом, применение заявленного способа позволило достигнуть заявленный технический результат, заключающийся в уменьшении обусловленной температурным дрейфом напряжения смещения нуля дополнительной погрешности усилителя в 50 раз, при этом уровень шума, обусловленный собственным шумом усилителя 3, не изменился.

Источники информации

1) Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.

2) Дж.Рутковски. Интегральные операционные усилители. Справочное руководство. - М.: Мир, 1987. - 325 с.

3) Техническое описание микросхемы AD595 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://science.cdu.edu.ua/files/pdf/1.pdf. (прототип).

Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе, заключающийся в том, что измеряют температуру усилителя и формируют сигнал коррекции, который суммируют с выходным сигналом усилителя, отличающийся тем, что напряжение сигнала коррекции формируют пропорционально скорости изменения температуры усилителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в устройствах обработки аналоговых сигналов. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к многокаскадным усилителям с периодической коррекцией сдвига нуля, и может быть использовано в системах автоматического регулирования, измерительных устройствах, а также в электрических радиотехнических установках различного назначения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для масштабного измерительного преобразования сигналов электрического напряжения (тока) с гальванической развязкой.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в импульсных регуляторах электропривода и в преобразователях напряжения. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве интегрального измерительного усилителя на КМОП-структурах с переключаемыми конденсаторами во вторичных преобразователях информации.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к измерительной технике. .

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилительной технике для усиления сигналов постоянного тока. .

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для усиления напряжений постоянного тока малых уровней. .

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в возможности усиления и частотной демодуляции с увеличенным линейным участком частотной демодуляционной характеристики и увеличенным динамическим диапазоном при произвольных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи, нагрузки и параметрах резистивного четырехполюсника. Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов отличается тем, что четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, последовательно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, который с цепью обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении усиления и частотной демодуляции высокочастотного сигнала за счет выбора схемы и значений сопротивлений резистивных элементов. Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов отличается тем, что четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, трехполюсный нелинейный элемент и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение модуля mр передаточной функции и резонансную частоту устройства выбирают из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении усиления и частотной демодуляции с увеличенным линейным участком частотной демодуляционной характеристики и увеличенным динамическим диапазоном при произвольных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи и нагрузки. Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов отличается тем, что четырехполюсник выполняют резистивным, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, последовательно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, который с цепью обратной связи включают как единый узел каскадно между источником сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, значение модуля mр передаточной функции и резонансную частоту устройства выбирают из условия формирования заданной крутизны квазилинейного участка левого склона амплитудно-частотной характеристики устройства в заданной полосе частот. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к средствам, обеспечивающим гальваническую развязку. Устройство содержит делитель частоты входного сигнала на низкочастотный парциальный сигнал и высокочастотный парциальный сигнал и первый разделительный трансформатор. Кроме того, он содержит модулятор, обеспечивающий возможность получения модулированного низкочастотного парциального сигнала посредством модуляции низкочастотного парциального сигнала с помощью модуляционного сигнала, и второй разделительный трансформатор, выполненный с возможностью преобразования сигнала, полученного из модулированного низкочастотного парциального сигнала, в низкочастотный парциальный сигнал. При этом модуляционный сигнал представляет собой прямоугольный сигнал, частота которого равна удвоенному значению максимальной частотной составляющей низкочастотного парциального сигнала. Устройство также содержит демодулятор и сумматор, обеспечивающий суммирование высокочастотного парциального сигнала и сигнала с выхода демодулятора. В состав устройства также входит блок дискретизации и хранения, фильтры низких частот, четыре усилителя. Технический результат - обеспечение высокого отношения сигнал-шум и упрощение конструкции. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в возможности усиления и частотной демодуляции с увеличенным линейным участком частотной демодуляционной характеристики и увеличенным динамическим диапазоном при произвольных характеристиках нелинейного элемента, цепи внешней обратной связи, нагрузки и параметрах резистивного четырехполюсника. Способ усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов отличается тем, что в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, параллельно подключенный к трехполюсному нелинейному элементу, который с цепью обратной связи как единый узел каскадно включают между источником частотно-модулированного сигнала с комплексным сопротивлением и входом резистивного четырехполюсника, между выходом резистивного четырехполюсника и фильтром нижних частот включают высокочастотную нагрузку в виде двухполюсника с комплексным сопротивлением, последовательно сопротивлению источника частотно-модулированного сигнала включают первый реактивный согласующий двухполюсник, последовательно сопротивлению высокочастотной нагрузки включают второй реактивный согласующий двухполюсник. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока. Техническим результатом является компенсация температурной погрешности усилителя. Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе заключается в том, что измеряют температуру усилителя и формируют сигнал коррекции, который суммируют с выходным сигналом усилителя, при этом напряжение сигнала коррекции формируют пропорционально скорости изменения температуры усилителя. 1 ил.

Наверх