Операционный усилитель

 

ОПИСАНИЕ .И ЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Соцнаннстнческнк

Реснубнкк (щ91 1548 (б! ) Донолннтельное к авт. свяд-ву (22)Заявлено 21.01.80 (21) 2871289/18-24 (53)M. Кл. с нрнсоеднненнем заяввн,яе

G 06 G 7/12

Э®улврстеснкык кенитет

СВОР вв фвзан нзебретеввк н впрытнв (23) Приоритет

Онублнковано 07.03.82. Бюллетень М 9 (53) УЙК 681 ° 335 (а88. 8) Дата онублнкованнв оннсання 09. 03. 82

/ (72) Авторы изобретения

А -

В.С. Мальцев, В.Д. Иевченко, Е.A. Разгуляев 1и: @.И,.: Черн н i!."у

М.";"„„";.

Ордена Ленина завод "Злектроточприбор" (7f) Заввнтель (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к усилительным устройствам и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известен операционный усилитель, содержащий канал усиления низких частот с модулятором на входе, канал усиления высоких частот 11) .

Недостатки указанного устройства состоят в малом входном сопротивлении и низком быстродействии.

Наиболее близким к предлагаемому является операционный усилитель, содержащий модулятор, усилитель пере" менного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, звено обратной свя15 эи, генератор импульсов и разделительные конденсаторы (2).

Недостатками известного устройст20 ва являются низкое входное сопротивление, малое быстродействие и ограниченный динамический диапазон входных сигналов.

Цель изобретения - повышение быстродействия, увеличение входного сопротивления и расширение динамического диапазона входных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что операционный усилитель, содержа" щий модулятор, усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, звено обратной связи, гене. ратор импульсов и разделительные конденсаторы, входы модулятора являются соответственно первым и вторым входани операционного усилителя, первый и второй выходы модулятора через первый и второй разделительные конденсаторы соединены соответственно с первым и вторым входами усилителя переменного тока, выходы которого подключены ко входам демодулятора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, входы . модулятора через третий и четвертый разделительные конденсаторы соедине ны соответственно с первым и вторым

3 9115 входами усилителя постоянного тока, выход которого является выходом операционного усилителя, выход усилителя постоянного тока через звено обратной связи подключен к одному входу модулятора, введены повторитель напряжения, амплитудный модулятор, иэодромное звено и развязывающие резисторы, причем один вход модулятора соединен со входом повторителя напря- 1в жения, выход которого через первый и второй раэвязывающие резисторы подключен соответственно к первому и ! второму входам усилителя переменного! тока, выход генератора импульсов со- 1э единен со входом амплитудного модулятора, управляющий вход которого подключен к выходу повторителя напряжения, выход амплитудного модулятора соединен. с управляющим входом модуля- 20 тора, выход повторителя напряжения через третий и четвертый развязывающие резисторы подключен соответственно к первому и второму входам усилителя постоянного така, выход демодулятора . 2S через изодромное звено;соединен со ! входом балансировки нуля усилителя постоянного тока.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого операционно- зо

ro усилителя.

Усилитель содержит модулятор 1, усилитель 2 переменного тока, демо:дулятор 3; иэодромное звено 4, генератор 5 импульсов, амплитудный модулятор 6, повторитель 7 напряжения, усилитель 8 постоянного тока, первый 9 второй 10, третий 11 и четвертый 12 разделительные конденсаторы, первый 1 второй 14, третий 15 и четвертый 16 развяэывающие резисторы, звено 17 обратной связи, первый 18 и второй 19 входы и выход 20 операционного усилителя.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные составляющие спектра напряжения с первого входа 18 через третий разделительный конденсатор 11 поступают на вход усилителя 8

50 постоянного тока, образующего канал усиления высоких частот. Сигнал отрицательной обратной связи с выхода 20 через звено 17 отрицательной обратной связи поступает на второй вход 19.

Низкочастотные составляющие спектра входного напряжения модулируются

48 4 модулятором 1, усиливаются усилителем 2 переменного тока, демодулируются демодулятором 3 и через иэодромное звено 4 поступают на вход балан- . сировки нуля усилителя 8 nocTORHHO го тока, изменяя его выходной сигнал до тех пор, пока разность входного сигнала и сигнала обратной связи не станет равной нулю.

Так как напряжения на первом 18 и втором 19 входах равны друг другу, то на выходе повторителя 7 напряжения напряжение практически равно входному напряжению. С выхода повторителя 7 напряжения сигйал поступает на управляющий вход амплитудного модулятора 6, а через соответствующие раэвязывающие резисторы 13-16 - на входы усилителя 2 переменного тока и усилителя 8 постоянного тока.

Генератор 5 импульсов вырабатывает управляющие сигналы, которые поступают на управляющие входы демо.дулятора 3 и через амплитудный модулятор б на управляющие входы модулятора 1. Уровень выходных сигналов амплитудного модулятора 6 зависит от уровня входного напряжения. Увеличение уровня входного напряжения вызывает пропорциональное увеличение уровня выходных сигналов амплитудного модулятора 6, уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению уровня на его выходе.

Связь выхода повторителя 7 напряжения со входами усилителя 8 постоянного тока и усилителя 2 переменного тока обеспечивает поддержание нулевой разности напряжений на разделителвных конденсаторах 9- 12.

Так как в процессе работы операци" онного усилителя напряжения на пер" вом 18 и втором 19 входах равны друг другу, то вход повторителя 7 напряже" ния может быть подключен как к первом 18, так и ко второму 19 входам.

Преимущества предлагаемого операционного усилителя в сравнении с прототипом состоят в следующвм.. Быстродействие устройства-прототипа ограничено быстродействием канала ИДИ, обязательно включающего в себя инерцисЬное звено-фильтр низких частот; а также временем перезаряда реактивных элементов, напряжения на котОрых изменяются в зависимости от уровня входного сигнала.

Для обеспечения работоспособности прототипа во всем динамическом диа5 ° 911548 6 пазоне входных сигналов, уровень на- В предлагае: Р лагаемом: операционном усилите" и отивление изоляции конденсауправляющих сигналов модулятора дол- ле сопро жен быть выбран больше, чем макси- торов практи ес тически не влияет на велимально допустимый входной сигнал. Это чину входного сопротивления. приводит к тому, что по входным цепям

Формула изобретения усилителя протекает значительный входной ток, обусловленный утечками клю йперационныи усилитель, со чевых элементов модулятора и утечкой щий модулятор, усилите силитель переменного конденсаторов канала усиления высо- тока, демодулятор, усилитель постоких ч-аст,от. янного тока, звено обратнои связи, 10

У предлагаемого операционного усинап яже - генератор импульсов и разделительные лителя наличие повторителя 7 напряже- . конденсаторы, входы модул тор у д ния выход которого связан со входакана . ются соответственно первым и вторым ми усилителя 2 переменного тока канасо вхо а 1 входами операционного уси ителя, ла усиления низких частот, со входак кана ПЕРВЫИ И ВТОРОИ ВЫХ ой выходы модулятора ми усилителя 8 постоянного тока каначереэ первыи и второи раздели азд лительные ла усиления высоких частот и через оответственконденсаторы соединены соответстве.следящий формирователь 6 коммутируюым и вто ым входами усилитещих импульсов с управл ющ и ля переменного тока, выходы которого модулятора 1 канала усиления низких щ лЯ переменн подключены ко входам демодулятора, частот, обеспечивает .нулевую разность управляющии вход кот ро оторого соединен с напряжений на разделительных конден-I выходом генератора импульсов, входы

1саторах g- 12 и постоянную разность модулятора через третии и четверт " напряжений на элементах модулятора 1, торы соединеи а „ разделительные конденсаторы соеди что повышает быстродействие операци 25 но с первым и вторым и no aue ны соответственно с первым и вторьм онного усилителя, так как при подаче входами усилителя постоянно остоянного тока скачков входного сигнала исключается

Опе ;выхоД КОТОРого ЯвлЯетсЯ выхо ом ,перезаряд реактивных элементов операционного усилителя, выход усилитерационного усилителя. ля постоянного тока чере жим аботы реактивных ратной связи подключен к одному вхоСледящии режим ра оты ре элементов увеличивает запас устой- Ду моДУ Р мо лято а о т л и ч а ю щ и йс я тем что, с целью ловышения быстчивости операционного усилителя по с я фазе, что позволяет ввести изодром- родействия, у д величения входного соное звено 4, установленное между вы- противления и расширения динамическоходом канала усиления низких частот ro диапа иа аэона вхо ных сигналов, в нед го вве ены повторитель напряжения, и корректирующим входом канала уси- го введ ления высоких частот. то расшир е

Эт асширяет амплитудный модулятор, иэодромное полосу пропускания канала усиления звено и раэвязывающие резисторы, при. чем о ин вход модулятора соединен со низких частот и приводит к снижению 40 чем д ". вход овня собственных шумов операцион- входом по р ом повто ителя напряжения, выход уровн с ного усилителя до уровня собственных которого р р че ез пе вый и второй развяэывающие резисторы подключен соот шумов усилителя канала низких частот. вязь ющ ветственно к первому и второму вхоСледящий режим. работы модулятора 3 дам усилителя переменного тока, выпозволяет обеспечить оптимальный ре- ход генератора импульсов соединен со жим работы ключей модулятора 1 неза- входом амплитудного модулятора, упвисимо от уровня входного сигнала, равляющий вход которого подключен к :что позволяет снизить входной ток выходу повторител р я нап яжения выоперационного усилителя (повысить ход амплитудного модулятора соединен входное сопротивление) о широком ди- с управляющим входом Модулятора, вынамическом диапазоне входных сигна- ход повторителя р нап яжения через третий и четвертый развязывающие резислов. торы подключен соответственно к ïåðВозможности повышения входного со- вому и второму входам усилителя попротивления прототипа ограничены утеч5 стоянного тока, выход демодулятора кой конденсаторов, установленных на через изодромное звено соединен со входах канала .усиления низких час- входом балансировки нуля Усилителя тот и канала усиления высоких частот.. постоянного тока.

7 91

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Полонников Д.Е. Решающие усилители. "Энергия", 1973, с. 126-127, рис. 3-10.

1548

2. Судьин С.Л., Тимофеев В.Т.

Усилитель сигналов низкого уровня для тензоизмерений. - "Приборы и системы управления", 1978, М 1, с. 44; рис. 1 (прототип).

Составитель О. Отраднов

Редактор В . Петраа ТехрецИ.Гайду Корректор О. Билак .Заказ 1131/52 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва И,35 Раушская наб. 8. 4/5

С»»»»»» Л Л» ъ «» f, 8 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4