Операционный усилитель

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфвз СфветскихСфвивлистическихРеспублик сщ 7 О 5463 4 рс"Н,:(22) Заявлено 250577 (21) 2490178/18-24с присоединением заявки Нов(51)М. Кл. С Об С 7/12 Государственны 1 комитет СССР оо ямам изобретеинй н открытня(11 Заявитель Ордена ленина институт проблем управления(54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 20 Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.Известны операционные усилители (ОУ), с модуляцией сигнала, усилением на переменном токе и послеурлощей демодуляцией (МДМ) 1 и 2 .Недостатком известных ОУ с МДМ- каналом являются недостаточно малые значения величин напряжения смещения нуля (Е ), температурного дрейфа напряжейия смещения нуля (дЕо/дТ), входного тока ( 1 В), а также недостаточно высокое входное сопротивление (кВА) ф Известен также операционный ,усилитель, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого через первый ВС-Фильтр подключен к входу усилителя, а неинвертирующнй вход через второй КС-фильтр соединен со стоком ключевого МДП-транзистора, исток которого связан с шиной нулевого потенциала, ключевой двухэатворный МДПтранзистор, подключенный параллель но третьему НС-фильтру, соединенномусо входом усилителя переменного тока, и генератор управляющих импуль сов, первый выход которого подключен 30 2к первофу затвору ключевого двухэатворного МДП-транзистора 3.Принцип работы такого "ОУ состоитв том, что постоянная и самая низкочастотная составляющая входногонапряжения модулируется модулятором,усиливается усилителем переменноготока, затем усиленные импульсы демодулируются демодулятором и с помощью Фильтра выделяется постояннаясоставляющая напряжения, котораяпоступает на неинвертирующий входосновного дифференциальною ОУ.С помощью этого усилителя происходит сложение низкочастотной.составляющей сигнала с высокочастотной составляющей, поступающей на инвертирующий вход через конденсатор,и их дальнейшее усиление,Недостатком известного являетсязначительные величины напряжениясмещения нуля, температурного дрейФанапряжения смещения нуля, входноготока и недостаточно высокое значение полосы пропускания МДМ-каналачто снижает точность недостаточновысокого значения полосы пропусканияЦелью изобретения являешься повыше"ние точности и расшнренйя полосыпропускания,705463 3Для этого в усилитель введеныэлемент задержки, одновибратор, инвертор-формирователь и дополнительный усилительный каскад, вход которого подключен к выходу усилителяпеременного тока, а выход через вве-денный разделительный конденсаторк стоку ключевого МДП-транзистора,затвор которого через последовательно соединенные одновибратор и элемент задержки подключен ко второмувыходу генератора управляющих импульсов, третий выход которого черезинвертор-формирователь связан со вторым затвором ключевого двухэатворного МДП-транзистора.На чертеже изображен предлагаемыйусилитель, функциональная схема.Операционный усилитель состоит иэдифференциального усилителя 1, модулятора 2, выполненного на ключевомдвухзатворном МДП-транзисторе 3 срезистором 4, первого ВС-фильтра 5,усилителя б переменного тока, демодулятора 7, содержащего разделительный конденсатор 8 и ключевой МДПтранзистор 9, второго ВС-фильтра10, генератора 11 управляющих импульсов.К выходу усилителя б переменноготока подключен дополнительный усилительный каскад 12 с глубокой обратнойсвязью и с малым выходным сопротивлением. В усилитель введен одновибратор 13, подключенный входом к генератору 11 импульсов, а выходом черезэлемент 14 задержки - к затвору ключевого МДП-транзистора 9, Второй затворключевого двухэатворного МДП-транзистора соединен с выходом инвертора1-формирователя 15, Между входомусилителя переменного тока и генера,тора управляющих импульсов установленэлектростатический экран 16. На входе дифференциального усилителя 1установлен третий.ВС-Фильтр 17.Операционный усилитель работаетследующим образом,При подаче управляющих импульсовот генератора 11 на первый эавтордвухзатворного МДП-транзистора 3 онпоочередно отпирается и запирается,и таким образом осуществляется модуляция постоянной и самой низкочастотной составляющей входного напряжения.Инвертор-Формирователь 15 служитдля подачи на второй затвор двухзатворного МДП-транзистора 3 малогопостоянного смещения и импульсов,противофазных относительно импуль-.сов первого затвора, Благодаря этомуудается в значительной степеникомпенсировать параэитные импульсыот переднего и заднего фронтов управляющих импульсов, что гриводит к"уменьшению величины входного токаи его дрейфа. ВС-фильтр 5 исключаетпостоянную .составляющую модулирован. ного сигнала, Далее модулированныйсигнал усиливается усилителем б переменного тока, Введение на выходеусилителя переменного тока усилительного каскада 12 с глубокой об" 5 ратной связью обеспечивает малоевыходное сопротивление усилительногокаскада, Это приводит к тому, чтона конденсаторе 8 происходит запоминание мгновенного значения выход ного напряжения усилительного кас"када, предшествующего моменту размыкания ключевого МДП-транзистора 9.Это позволяет избежать вредный эффектусреднения паразитных импульсов мо дулятора. Введенный в усилитель одновибратор 13 обеспечивает формирование более коротких (по сравнениюс импульсами генератора 11) импульсов, отпирающих ключевой МДП-транзистор 9, благодаря чему он размыкается до возникновения паразитногоимпульса, который обусловлен заднимфронтом импульса, управляющего ключевым двухзатворным МДП-транзистором 3, а замыкается после окончанияимпульса вызванного передним фронтом.При этом полностью исключается демодуляция параэитных импульсов, а значит и составляющие Е и ЙЕО/ЙТ, обусловленные паразитными импульсами.Между стоком и истоком МДП-транзистора 3 введена тепловая связьс малым тепловым сопротивлением,что обеспечивает выравнивающие температур и снижение термо-ЭДС.Электростатический экран 16 предотвращает проникновение импульсовуправления через емкость монтажа вканал усилителя б переменного токаи их демодуляцию, т.е. появление 40 постоянной составляющейна выходепри входною сигнале, равной нулю.Генератор 11 управляющих импульсов рассчитан на работу с большойскважностью, что обеспечивает замы кание ключевых МДП-транзисторов 3и 9 лишь на небольшую часть периода.Благодаря этому возрастает входноесопротивление усилителя на постоянном токе (пропорционально скважности 50 импульсов), увеличивается запас.устойчивости операционного усилите.ля и одновременно расширяется полоса пропускания МДП в канала, таккак в большую часть периода ключи ра зомкнуты, и, следовательно, каналМДП пропускают сигнал как усилительнизкой частоты. В этом одно из принципиальных отличий предлагаемойсхемы от принятого за прототип идругих аналогичных схем с применением большой скважности управляющихимпульсов.Сглаженное фильтром низкочастотное напряжение поступает на неинвертирующий вход основного дифференци ального операционного усилителя 1.,Челюкано 8032/52 Т цНИИПИ Государствепо делам иэобр 3035, Москва, Жаж 780ого комитета Сений и открытийРаушская набд,ПодписноССР Зака 5 лиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектна С помощью этого усилителя происходит сложение низкочастотной составляющей сигнала с высокочастотной составляющей, поступающей на инвертирующий вход через ВС-фильтр 17 и их дальнейшее усиление. 5Высокая эффективность усилителя смещение нуля удалось снизить с 50-100 до 0,5-1,0 мкВ, температурный дрейф напряжения смещения нуля с 0,5-1,0 до 0,01-0,03 мкВ/Кф входной ток с 200-.100 до 2-1 пА; температурный дрейф входного тока с 0,5-1,0 до 0,03-0,1 пА/ К; увеличить входное сопротивление с 200 до 5-10 Мом, произведение полосы прпускания МДМ кана ла на его коэфФициент усиления с 5-10 до 100-800 гЦ, Полученные результаты удалось достигнуть в равных условиях, т,е. при одинаковых используемых элементах, входящих в схему (эа исключением отличительных позиций) н при одинаковой частоте преобразования сигнала в канале МдМ,Операционный усилитель, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого через первый ВС-фильтр подключен к входу усилителя, а неинвертирующий вход через второй НС-Фильтр соединен со стоком ключевого МДП-транзистора, исток которого связан с шиной нулевого потенциала, ключевой двухзатворный МДП-транзистор, подключеняый параллельно третьему йСфильтру, соединенному со входом уск.лителя переменного тока, и генератор управляющих импульсов, первыйвыход которого подключен к первомузатвору ключевого двухзатворногоМДП-транзистора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения полосыпропускания, в операционный усилитель введены элемент задержки, одновибратор, разделительный конденсатор, инвертор-формирователь и до"полнительный усилительный каскадвход которого подключен к выходуусилителя переменного тока, а выход через разделительный конденсатор - к стоку ключевого МДП-транзистора, затвор которого черезпоследовательно соединенные одновибратор и элемент задержки подключенко второму выходу генератора управляющих импульсов, третий выход которого через инвертор-формировательсвязан со вторым затвором ключевогодвухзатворного МДП-транзистора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Проектирование и применениеоперационных усилителей, под ред.Дж,Грэма и др М., Мир, 1974,с.172-186.2. Гальперин М.А. и др., Транзисторные усилители постоянного тока,М., фЭнергияф, 1972, с,119-125.3Полонников Д.С., Решающиеусилители, М Энергия, 1973,