Операционный усилитель

 

пц645!68

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.11.76 (21) 2416229/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кла

G 06 G 7/12 (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (53) УДК 681.335.4 (088.8) по делам изобретении и открытий (72) Автор изобретения

О. И. Башнин (71) Заявитель (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ГосУдаРстеенный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к аналоговой и аналого-цифровой вычислительной технике.

Известен дифференциальный операционный усилитель (i J содержащий последовательно соединенные первый и второй дифференциальные усилительные каскады, выходной усилительный каскад, вход которого подключен к выходу второго дифференциального усилительного каскада, й;го недостатком являются ограниченные функцио- 10 нальные возможности, обусловленные жестким соединением у.силительных каскадов.

Наиболее близким техническим решением является операционный усилитель (21, содержащий и дифференциальных усилительных каскадов, входы которых являются входами операционного усилителя, выходной усилительный каскад, выход которого является выходом операционного усилителя, блок цифрового управления. Недостатком такого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что управление операциями над аналоговыми сигналами осуществляется только цифровыми сигналами с выхода блока цифрового управления.

Предложенный операционный усилитель с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операций над цифровыми и аналоговыми сигналами 30 отличается тем, что он содержит блок элементов выделения максимума и минимума аналоговых сигналов, первая группа входов которого подключена к выходам дифференциальных усилительных каскадов, вторая группа входов — к выходам блока цифрового управления, а выход ко входу выходного усилительного каскада.

На фиг. 1 приведена блок-схема операционного усилителя. На фиг. 2 приведен пример реализации вычислительного устройства на базе операционного усилителя.

Операционный усилитель содержит выходной усилительный каскад 1, блок 2 цифрового управления, блок 3 элементов выделения максимума и минимума аналоговых сигналов, дифференциальных усилительных каскадов 4ь 42, ... 4„.

Операционный усилитель работает следующим образом. В зависимости от внутренней структуры блока 3 элементов выбора максимума и минимума аналоговых сигналов и состояния выходов блока 2 цифрового управления создается канал связи входов одного из дифференциальных усилительных каскадов 4ь 42, ... 4 с выходным усилительным каскадом 1. Существование такого канала связи превращает устройство в операционный усилитель по этому каналу. Функциональные возможности пред645168

3 лагаемого устройства шире, чем у прототипа, в котором реализовано соединение усилительных каскадов с помощью коммутатора, управляемого цифровыми сигналами.

Рассмотрим функциональные возможности предлагаемого устройства на примере схемы его реализации (фиг. 2), которая состоит из входов 5, 6, 7, Ы, выходного усилительного каскада 1 с выходом 11, блока 2 цифрового управления с выходами 9, 10, блока 3 элементов выделения максимума и минимума аналоговых сигналов с элементами выделения максимума Зь 32 и элементом выделения минимума Зз, дифференциальных усилительных каскадов 4ь 42 с входами 5,6,7,8.

Схема предназначена для обработки аналоговых сигналов по входам 5, 6, 7, 8 и цифровых сигналов, вырабатываемых блоком 2 цифрового управления на выходах

9, 10.

Для обеспечения работоспособности схемы при работе с цифровыми сигналами, амплитуда которых составляет, например, 3 в, и шкале выходных напряжений выходного усилительного каскада 1, например, &10 в коэффициент усиления выходного каскада, необходимо выбрать равным примерно восьми, а смещение яа его входе около 2,5 в. В этом случае при появлении на выходах 9 или 10 цифрового сигнала соответствующий канал открывается или запирается, поскольку интегральные усилители постоянного тока, на базе которых выполнены дифференциальные усилительные каскады 4ь 4, имеют высокий коэффициент усиления (порядка 10 000), то приведенное к их входам напряжение смещения нуля, обусловленное смещением, выбранным в выходном усилительном каскаде 1,,не превосходит 259 мкв, что на порядок ниже. величины напряжения смещения нуля, обусловленной особенностями технологии изготовления интегральных усилителей постоянного тока.

Рассмотрим работу операционного усилителя (фиг. 2) в случае использования только резисторов в схемотехнике построе:ния обратных связей. Если на выходах 9 и

10 имеет место высокий уровень цифрового сигнала, то оба канала заперты, а на выходе устройства 11 — напряжение насыщения выходного усилительного каскада 1. Если на одном из выходов 9, 10 имеет место высокий уровень цифрового сигнала, а на другом низкий, то один канал заперт, а другой открыт.

В рассматриваемом случае предлагаемое устройство представляет собой прецизионный коммутатор входных напряжений с малым смещением нуля и возможностью коммутации высоких уровней аналоговых сигналов низкими уровнями управляющих цифровых сигналов в гальванически связанной системе, В зависимости от выбора

04

60 номиналов резисторов, подключенных на основе рассмотренной схемы, могут быть получены все виды амплитудных модуляторов входного сигнала, фазочувствительный модулятор — демодулятор, а также комбинационная логическая схема, сочетающая элементы мажоритарной пороговой логики и булевой логики.

Если на выходы 9 и 10 поданы сигналы логического, нуля, то в линейном режиме устройство работает как функциональный преобразователь от и переменных, В класс таких преобразователей входят; прецизионный суммирующий выпрямитель, управляемые ограничители сигналов и устройства выбора максимума или минимума двух величин, Выполнение логических операций с аналоговыми сигналами в предлагаемом операционном усилителе позволяет строить на его базе генераторы прямоугольного, пилообразного и других форм напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство по своим функциональным возможностям превосходит прототип, так как структура соединения элементов выделения максимума и минимума аналоговых сигналов позволяет выбирать канал не только по команде блока цифрового управления, но и из анализа соотношений аналоговых сигналов или их линейных комбинаций, а блок цифрового управления может быть использован не только для переключения каналов, но и для изменения структуры соединения элементов выбора максимума и минимума аналоговых сигналов.

Более сложные реализации предлагаемого операционного усилителя с большим числом дифференциальных усилительных каскадов и более сложным блоком элементов выбора максимума и минимума аналоговый сигналов могут реализовать значительное количество узлов вычислительной техники широкого применения: программные задающие устройства, узлы связи аналоговых устройств с цифровыми, комбинационные блоки анализа аналоговых и цифровых сигналов, узлы регуляторов со сложными законами регулирования.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что оно, обладая всеми свойствами операционного усилителя, позволяет выполнять целый ряд операций, необходимых в современных управляющих и вычислительных устройствах. При этом значительно упроща.ется процесс проектирования в силу одно- родности структуры предлагаемого устройства и легкости его сочетания с аналоговыми и цифровыми элементами. При интегральном исполнении операционного усилителя значительно уменьшается трудоемкость исполнения узлов вычислительной техники, так как сокращается номенклатура

645168 используемых компонентов и достигается простота схемотехнических решений.

Формула изобретения

Операционный усилитель, содержащий и дифференциальных усилительных каскадов, входы которых являются входами операционного усилителя, выходной усилительный каскад, выход которого является выходом операционного усилителя, блок цифрового управления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения операций над цифровыми и аналоговыми сигналами, 6 он содержит блок элементов выделения максимума и минимума аналоговых сигналов, первая группа входов которого подключена к выходам дифференциальных усилитель5 ных каскадов, вторая группа входов — квыходам блока цифрового управления, а выход — ко входу выходного усилительного каскада.

Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. М. Сов. радио, 1974, с. 129, 2. 4-channel programmable operational

amplifier. «Еlectron», 1972, № 1, р. 42.