Электрометрический усилитель

, (19)ЕН ВУ его уствторогопервыего и четств через ветствен- лектри- преобра- формационс второйескогоравляюляющегоции, вход й входной илителя,щего ге- О.аа оминающвыходоства,третьустроны соо шиной э выходом орые ин твенно рометрич ной, уп м управ хронизатретье кого ус правляю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОП(РЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) 1. К/МОП операционный усилительс компенсированной погрешностью смещения. фЭлектроника", 1979, В 2.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 327027/21,кл. 0, 01 Р 17/06, 1981,(54)(57) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные дифференциальный усилитель,фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала, а такжепервый и второй запоминающие устройства, первые выходы которых соединены между, собой, уп. равляющие входы соединены с выходомуправляющего генератора и управляющим входом фазового детектора, причем первый и второй информационнйевходы первого запоминающего устройства соответственно подключены кпервой и второй входным шинам электрометрического усилителя, а первыйи второй информационные входи второ"го запоминающего устройства соответственно - к выходу преобразователясигнала и к общей шине, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности работы эа счетувеличения коэффициента подавленияпомех, в него введены третье и четвертое запоминающие устройства, первые Выходы которых соответственно.соединены с первым и вторым входамидифференциального усилителя, а вторые выходы - соответственно со вторьааи выходами первого и второгозапоминающих устройств, третий выходТретьего запоминающего устройствасоединен с третьим выходом первогозапоминающего устройства, а третий 51) Н 03 Г 3/384 6 01 Р 1 выход четвертого зап ройства - с третьим запоминающего устрой информационные входы вертого запоминающих конденсаторы соедине но с первой, входной ческого усилителя и зователя сигнала, вт ные входы - соответс входной шиной элект усилителя и общей ши щие входы - с выходо генератора, блок син которого подключен к шине электрометричес а выходко Входу у нератора. 2. Усилитель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что каждое запоминающее устройство содержит первый и второй конденсаторы, коммутатор, состоящий из обмотки и четырех групп переключающих контактов, причем переключающие контакты первой и второй групп соединены. между собой через первый конденсатор, а переключанкаие контакты третьей и четвертой групп - через второй конденсатор, размыкающий контакт первой группы и замыкающий контакт третьей группы подключены к первому информационному входу запоминающего устройства, а размыкающий контакт второй груйпы и замыкающий контакт четвертой группы - ко второму информационнс",цг входу запоминающего устрейства, первый выход которого соединен и с замыкающим контактом первой группы и раэмыкающим контактом четвертой группы, второй выход - с замыкающим контактом второйгруппы, третий вы.ход - с раэмыкающим контактом третьей группы, управляющий вход - с первым контактом обмотки коммутатора, второй контакт которой подключен к общей шине,1054877 1Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для измерения малых потенциалов электростатических полей при действии синфазных помех.Известен электрометрический уси литель, содержащий запоминающее устройство с коммутатором, дифференциальный усилитель, фазовый детектор, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего генера тора 1).Недостатком устройства является сравнительная .низкая точность изме-. рения.Наиболее близким к предлагаемому является электрометрический усилитель, содержащий два запоминающих устройства с коммутатором, последовательно соединенные дифференциаль" ный усилитель, фазовый детектор интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала, управляющий ге-, нератор, выход которого подключен к управляющим входам запоминающих устройств и фазового детектора, а информационные входы первого запоминающего устройства подключены к входным шинам электрометрического усилителяа информационные входы второго запоминающего устройствак выходу преобразователя сигнала и к общей шине 2.недостатком электрометрического усилителя является низкий коэффи" циент подавления помех.Цель изобретения - повышение 35 точности работы за счет увеличениякоэффициента подавления помехПоставленная цель достигается. тем, что в электромеханический усилитель, содержащий последователь но соединенные дифференциальный . уси литель, .Фазовый детектор интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала, а также первый и второй запоминающие устройства,пер-,4 вые выходы которых соединены между,. собой, управляющие входы соединены с выходом управляющего генератора и уп-, равляющим входом фазового детектора, причем первый и второй информационные входы первсго запоминающего устройства соответственно подключены к первой и второй входным шинам электрометрического усилителя,.а первый и второй информационные входы второго запоминающего устройства соответственно - . 55 к выходу преобразователя сигнала и к общей шине, введены третье и четвертое запоминающие устройства, первые выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами диф" 6 О ференциального усилителя, а вторые выходы - соответственно со вторыми выходами первого и второго запоминающих устройств, третий выход третьего запоминающего устройства соединен . 65 с третьим выходом первого запоминающего устройства, а третий выход четвертого эаDоминающего устройствас третьим выходом второго запоминающего устройства, первые информационные входы третьего и четвертого запоминающих устройств через конденсаторы соединены соответственно с первой входной шиной электрометрического усилителя и выходом преобразователя сигнала, вторые информационные входы - соответственно - с второй входной шиной электрометрического усилителя и общей шиной, управляющие входы - с выходом управляющего генератора, блок синхро низации, вход которого подключен к третьей входной шине электрометрического усилителя, а выход - ко входу управляющего генератора,каждое запоминающее устройство содержит первый и второй конденсаторы, коммутатор, состоящий.из обМотки и четырех групп переключающих контактов, причем переключающие контакты первой и второй групп соединены между собой через первый конденсатор, а переключающие контакты третьей и четвертой группчереэ .второй конденсатор, размыкаю" щий контакт первой группы и замыкающий контакт третьей группы подключены к первому информационному входу запоминающего устройства, а размыкающий контакт второй группы и замыкающий контак четвертой группыко второму информационному входу запоминающего устройства, первый выход которого соединен с замыкающим контактом первой группы и размыкающим контактом четвертой группы, второй выход - с замыкающим контактом второй группы, третий выход с размыкающим контактом третьей группы, управляющий вход - с первым контактом обмотки коммутатора, второй контакт которой подключен к общей шине,На фиг, 1 представлена структурная схема электрометрического усилителя, иа Фиг, 2 - структурная схема запоминающего устройства.Электрометрическнй усилитель содержит первое 1, второе 2 запоминающие устройства, последовательно соединенные дифференциальный усилитель 3, Фазовый детектор 4, интегратор 5, согласующий каскад б, преобразователь 7 сигнала, атакже третье 8 и четвертое 9 запоминающие устройства, выполненные с коммутаторами, управляющий генератор 10 и блок 11 синхронизации. Причем вторые выходы первого 1 и третьего 8 запоминающих .устройств, как и третьи выходы, соответственно соединены между собойа вторые информационные входы - со вторым входом электрометрического усилителя. Вторые выходы второго 2и четвертого 9 запоминающих устройствкак и третьи, соединены между собой,а вторые информационные входы - совторой входной шиной злектрометрического усилителя. Первая входная шина электрометрического усилителя соединена с первым информационнымвходом первого запоминающего устройства 1 и через конденсатор 12 - совторым информационным входом третье- щго запоминающего устройства 8. Выходпреобразователя сигнала соединен с .:первым информационным входом второго 2 к через конденсатор 13 с первыминформационным вхОдом четвертого 9запоминающих устройств,Первые выходы первого 1 и второго 2 запоминающих устройств, соединены между собой, а первые выходытретьего 8 к четвертого 9 запоминающих устройств, соответственно под- фключены к первому к второму входамдифференциального усилителя 3. Каждое,запоминающее устройство фиг. 2содержит конденсаторы 14 к 15, коммутатор с четырьмя группамк 18-19переключающих контакторов, причемпереключающие контакты первой ивторой групп контахторов 1 б.и 17 соединены через первый конденсатор 14,а переключающие .контакты третьей и ЗОчетвертой групп 18 и 19 - через второй конденсатор 15. Размыкающийконтакт первой группы 1 б к замыкающий контакт третьей группы 18 подключены к первому информационному 35входу, а размыкающий контакт второйгруппы 17 к замыкающий контакт четвертой группы 19 - ко второму информационному входу запоминающегоустройства, первый выход которогощсоединен с замыкающим контактом первой группы 16 к размыкающкм контахтом четвертой группы 19, второй выход - с замыкающим контактом второй группы 17, третий выход - с размыкающюю контактом третьей группы18, управляющий вход - с первым контактом обмотки 20 коммутатора, второй контакт которого подключен к общей шине,Электрометркчесхкй усилитель работает следующим образом.Управляющий генератор 10 Формирует перксакческкй сигнал, осуществляющий в одкк кэ полуперкодов включение, а в другой - выключение конденсаторов 14 и 15 каждого запоминающего устройства 1 2, 8 и 9. Взависимости от переключения контактов коммутатора конденсаторазапоминающих устройств с. коююута.- 60торами подключаются в соответствии.со схемами Фиг. 1 и 2. Частота скгнала управления запоминающими устройствами с коммутаторами-зависитот частоты поступающего на вход5 управляющего генератора 10 сигнала, формируемого в блоке 11 синхронизации из поступающего на него через третий вход электрометрического усилителя. Такщ образом, переключение конденсаторов 14 и 15, на которых запоминаются сигналы первой и второй входных шин электрометрического усилителя, осуществляется с частотой сигнала помехи и синхронно с ним. Сигналы поступают на соответствующие входы диФференциального усилителя 3, с выхода которого поступают на фазовый детектор 4, который по сигналу управления с частотой коммутации осуществляет преобразование переменного сигнала в постоянный уровень, нропорциональный амплитуде переменного сигнала, С выхода фазового, детектора 4 сигнал через интегратор 5 и согласующий каскад 6 поступает на выход электрометрического усилителя. Интегратор 5 подавляет помехи коммутации конденсаторов 14 и 15 запоминающих устройств 1, 2, 8 и 9, а также является статическим звеном первого порядка, устранаощим статическую погрешность, согласующий каскад усиливает сигнал по мощ ности, с выхода которого сигнал поступает на вход преобразователя 7 сигнала, который включен в цепь обратной связи, служащего для переключения пределов измерения, кото- рые изменяются в зависимости от диапазона измеряемой разности потенциалов.Переключение конденсаторов в соответствии со схемами фиг, 1 и 2 приводит к синхронному детектированию с соответствующих конденсаторов запоминающих устройств 1 и 2 входного и выходного сигналов помех, в том случае, когда их частота одинаковы. В результате на выходе электрометрического усилителя к полезному сигналу может добавляться постоянное емещение, знак которого зависит от фазового сдвига между сигналом на выходе управляющего генератора 10 с сигналом помехи, нркхо- дящим на первый и второй входы электрометрического усилителя, для устранения этого смещения служат третье 8 и четвертое 9 запоминающие устрой ства, конденсаторы которых подключаются параллельно с первьжи через соответствующие конденсаторы 12 и 13. Таким образом, при накоплении заряда в момент подключения к первой и второй шинам электрометрического усилителя входным, а также к выходу преобразователя 7 сигнала и к шире нулевого потенциала на конденсаторах первого 1 и второго 2 запоминающих устройств накапливаются заряды, пропорциональные суммарному сигналу(соответственно входному и выходному ), равному сумме полезного сигнала и выпрямленного сигнала помехи. В тоже время на соответствующих конденсаторах третьего 8 и четвертого 9 запоминающих устройств накап ливаются заряды, пропорциональные только составляющей выпрямленного сигнала помехи. Степень компенсации детектированного сигнала помехи зависит от соотношения величин конден саторов 12 и 13 и накопительных конденсаторов, входящих в состав третьего 8 и четвертого 9 запоминающи устройств. Чем больше соотношение С 15ЕЮ 6 тем вьаае степень компенса- С накР ции. Чем больше зто соотношение, тем больше относительное время установления и,следовательно, хуже частотно-дииамические свойства усилителя. 20 Значения емкостей выбираются в зависимости от скорости изменения входного сигнала и .требований к частотным свойствам электрометрического усилителя. На практике, в случаях, 25 .когда уровень помехи соизмерим с уровнем полезного сигнала, достаточно соотношейие разделительных и накопительных емкостей равное 10 В момент подключения ко входам диф" ференциального усилителя 3 конденсаторы первого 1 н третьего 8 запоминающих устройств включаются встречно-последовательно, в результате происходит вычитание иэ суммарных. входного и выходного сигналов соответствующих сигналов помехи, В результате иа входы дифференциаль-.ного усилителя 3 поступает разностный сигнал, равный разнице полезного. входного и выходного сигналов, причем и каждом из полупериодов управляющего сигнала происходит смена знака разностного сигнала, что приводит к модуляции постоянного сигнала с частотой коммутации. Поочередная коммутация конденсаторов между входами и выходом обратной связи на вход дифференциального усилителя 3 позволяет осуществлять непрерывный режим работы усилителя. Идентичность выполнения схем запоминающих устройств 1, 2, 8 и 9 позволяет добиваться хорсшего подавления сигнала помехи как по входу, так и по выходу злектрометрического усилителяеЭлектрометрический усилитель обеспечивает подавление дифференциальной составляющей помехи, обеспечивает не менее 40 дБ в полосе частот 5 Гц з диапазоне по амплитуде сигнала рт 0 до 1 В.