Усилитель заряда

Соеэ Сфаетскик Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМ ОИЗЬСТВУ(22) Заявлеие 049330 (21) 2892027/18-09с присоединением заявки Ио -(51)М. Кл.з Государственный вомнтет СССР но делам изобретений м отврытнй(71) Заявитель 54) УСИЛИТЕЛЬ ЗАРЯДА лителя н состоящую из двух резисторовв продольном плече, шунтнрованныхконденсатором, и последовательносоединенных резистора и конденсатора, включенных между общей шиной иточкой соединения резисторов в продольном плече, к выходу операционного усилителя подключен Г-образныйделитель напряжения, в продольномплече которого включен переменныйрезистор, а в поперечном - и параллельно соединенных потенциометров,между отводом каждого из которых иинвертирующим входом операционногоусилителя включены последовательноключ и конденсатор, а выход Р-образного делителя напряжения соединен с входом Т-образной КС-цепи.На чертеже изображен усилительзаряда, структурная электрическаясхема,Усилитель заряда содержит операционный усилитель 1, Т-,образнуюВС-цепь 2, состоящую из резисторов3 и 4 в продольномплече, шунтированных конденсатором 5, и последовательно соединенных конденсатора 6 ирезистора 7 в вертикальном плече. Квыходу операционного усилителя 1 через переменный резистор 8 подключеИзобретение относится к измерительной технике н может использоваться для усиления сигналов пьезоэлектрических датчиков.5Известен усилитель заряда, содержащий операционный усилитель и Т- образную КС-цепь, выходом подключенную к инвертирующему входу операционного усилителя и состоящую иэ двух резисторов в продольном плече, шунтированных конденсатором, и последовательно соединенных резистора и конденсатора, включенных между общей шиной и точкой соединения резисторов в продольном плече 13 . 15Однако известный усилитель заряда имеет узкий диапазон входных сигналов, а также у него отсутствует плавная регулировка усиления.Цель изобретения - расширение ,диапазона входных сигналов при независимости плавной регулировки усиления и установки соотношений между коэффициентами усиления по диапазонам.Поставленная цель достигается тем, что в усилителе, заряда, содержащем операционный усилитель и Т-образную ВС-цепь, выходом подключенную к инвертирующему входу операционного оси- ЗОны и параллельно соединенных потенциометров 9 (и - число диапазонов усилителя заряда) . Т-образная ВС- цепь 2 включена между инвертирующим входом 10 операционного усилителя 1 и общей точкой 11 переменного резистора 8 и потенциометров 9. Между инвертирующнм входом 10 и отводами 12 потенциометров 9 включены конденсаторы 13 через ключи 14 переменный резистор 8 и потенциоме.ры 9 образуют. Г-образный делитель 15 напряжения.Усилитель заряда работает следующим образом.Входной переменный заряд ЧЕнапример заряд пьезоэлектрического датчика, зависящий от преобразуемого параметра ( ускорения, силы, давления ) поступает на инвертирующий вход 10 операционного усилителя 1. Если все ключи 14 разомкнутся, то коэффициент усиления по заряду в рабочем диапазоне частот равен Ьых(Ц где СЭ- емкость конденсатора 5.Остальные элементы Т-образной ВС-цепи 2 служат для создания глубокой отрицательной обратной связи по постоянному напряжению и коррекции частотной и фазовой характеристик в области низких частот. Характерные номиналы этих элементов резисторы 3 и 4 - по 10-30 мОм, резистор 7-47-100 кОм, конденсатор б-100 мкф. ЯЭЗ. =139где 29 в эквивалентное сопротивление параллельно включенных потенциометров 9; й - сопротивление переменного Яерезистора 8.Режим, при котором разомкнуты все ключи 14, дает возможность получить наибольшее усиление схемы. Конкретная величина этого усиления устанавливается путем регулировки сопротивления переменного резистора 8.При возрастании входного сигнала (заряда) выходное напряжение растет пропорционально ему в соответствии . с формулой (1) до предельного уровня, определяемого паспортными данными операционного усилителя. Даль:нейшее возрастание входного сигнала ограничено этим предельвыи уровнем, и для того, чтобы иметь воэ.можность усиливать большие сигналы, требуется уменьшить усиление, Доя этого замыкают. первый иэ ключей 14. КоэФФициевт усиления при этом равенР 5 аТ где С"- емкость первого из косаторов 13;,.цепь выходом подключенную к инвертирующему входу операционного усилителя в состоящую из двух резисторовв продольном плече, шунтировавныхконденсатором, и последовательно соединевиыи резистора и конденсатора, включенных между общейшиной и точкой соедвневоя резисторов в продольнам плече,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью раскщрения диапаэона входных сигналов при независи мости плавной регулировки усилениян установки соотношений между коэфициевтаии усиления по диапазонам,выходу операционного усилителя под,ключей Г-образный делитель напряжеоия, в продольном плече которого 5 16 13 20 25 ЗО коэффициент деления соответствующего потенциометра 9 (отношение напряженияна его отводе 12 к напряжению в точке 11),Соотношение между диапазонами усиления равнор+ у 0(мДля получения следующей ступени загрубления замыкают следующий ключ 14, разомкнув предыдущий.Таким образом, предлагаемый усилитель заряда обеспечивает широкий диапазон усиливаемых входных сигналов при ограниченном диапазоне вы"ходных напряжений операционного усилителя, который достигается за счетмногодиапазонности путем введенияконденсаторов 13; точную установкусоотношений коэффициентов усиленияпо диапазонам при широком разброседействительных значений емкостейконденсаторов 13 от номинальных паспортных, которая достигается благодаря подключению конденсаторов 13 через ключи 14 к выходам потенциометров 9,а регулировкой коэффициентов деления т этих потенциометров, как это видно из Формулы (3) , достигается требуемое ва каждом диапазоне отношение щ; плавную регулировку усиления, которая не влияет васоотношения по диапазонам и достигается введением переменного резистора 8, включенного между выходом операционного усилителя 1 и общей точкой 11 потенциометров 9. Путем плавного изменения сопротивления переменного резистора 8 может бить установлена величина. параметра, откоторого зависит, согласно формулам(1) и (2 ), коэффицент усиления на любом из диапазонов. При этом соотношение коэфФициентов усиления подиапазонам, согласно Формуле (3), независит от .Формула изобретенияусилитель заряда, содержащий опе-:рационный усилитель и Т-образную кСаказ 11724/44 Тираж 953ВНИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и -рткрыти113035, Москва, 3-35, Раушская наб ПодписнСССР илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектнаявключен переменный резистор, а впоперечном - п параллельно соединенных потенциометров, между отводомкаждого из которых и инвертирующимвходом операционного усилителя включены последовательно ключ и конденсатор, а выход Г-образного делителянапряжения соединен с входом Т-образной ИС-цепи,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Москалик Л.М. и др. Усилитель заряда для пьезоэлектрических акселерометров. Вибрационная техника, Сборник материалов семинара, МДНТП им. Дзержинского, 1978, с. 19 (прототип).