Дифференциальный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЗОБРЕТЕНИЯ ОПИ еГОСУДа СТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬимекщий симметричный вход и выходи дополнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, ааимметричный выход через аттенюаторсоединены с соответствунлими входами первого сумматора, вьжод которого соединен с дифференциальнымусилителем ошибки, о т л и ч а ю -ш и й с я тем, что, с целью новишения точности путем снижения нелинейных, динамических и шумовых искажений, между дополнительннм входом дифференциального усилителяи выходом дифферен.нального усилитля ошибки включен управляемыйфильтр, между симметричным внходомдифференциального усилителя иуправлякщим входом управляемого фильтра введены последовательно соединенные первая формирукиая цепь,второй сумматор, другой вход которогочерез вторую формирующую цепь соединен с симметричным входом дидференциального усилителя, и первый не"линейный элемент, а дифференциальный усилитель ошибки снабжен двумя дополнительными входами, междусимметричным выходом дифференциального усилителя и дополнительнымивходами дифференциального усилителя ошибки введенг последовательносоединенные третья формирукщая цепь,второй нелинейный элемент и управляемое реактивное сопротивление.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве измерительного усилителя в системах сбора данных.Известен дифференциальний усили тель с обратной связью, содеряащий входной, промежуточный и оконечный . усилители, нагрузку, усилитель обратной связи синфазного сигнала и усилитель обратной связи дифферен циального сигнала, симметричный вход которого соединен с нагрузкой, симметричный выход - с дополнитель.ным симметричным входом входного усилителя, симметричный вход входно го усилителя является входом устройства, симметричный вход соединен с симметричным входом промежуточного усилителя, симметричный выход промежуточного усилителя - с симметричным входом оконечного усилителя, дополнительный выход - с входом усилителя обратной связи синфаэного сигнала, симметричный выход оконечного усилителя с нагрузкой, а выход усилителя обратной связи синфаэного сигнала - с дополнительным входом входного усилителя 1 .Недостатком известного устройства являются невысокие шумовые и динамическиехарактеристики, так как линеариэация усилителяпроизводится за счет введения отрицательной обрат- . ной связи, которая обеспечивается за счет избыточности коэффициента усиления при разомкнутой петле об- З 5 ратной связи.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дифФеренциальный усилитель, имевший симметричный вход и выход и до" 40 полнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, а симметрич ный выход через аттенюато 1 соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого связан с дифференциальным усилителем ошибки 2 .Однако такое устройство характеризуется недостаточно высокой точностью,1 ель изобретения - повышение точности путем снижения нелинейных, динамических и шумовых искаяений.Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, имекщем симметричный вход и выход и дополнительный вход, причем симметричный вход непосредственно, а симметричный выход через аттенватор соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого соединен с дифференциальным усилителем ошибки, между дополнительными входом дифференциального усилителя и выходом диффегенциального усилителя ошибки включен управляемый Фильтр, между симметричным выходом 65 дифференциального усилителя и управляющим входом управляемого Фильтра введены последовательно соединенные первая формирующая цепь, второй сумматор, другой вход которого через вторую формирующую цепь соединен с симметричным входом дифференциального усилителя, и первый нелинейный элемент, а дифференциальный усилитель ошибки снабжен двумя дополнительными входами, меяду симметричным выходом дифференциального усилителя и дополнительными входами дифференциального усилителя ошиб" ки введены последовательно соединенные третья Форми 1 укщая цепь, второй нелинейный элемент и управляемое реактивное сопротивление.На чертеже иэобраяена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.Устройство содеряит дифференциальный усилитель 1, имеющий симметричный вход и выход и дополнительный вход, аттенюатор 2, первый сумматор 3, дифференциальный усили" тель 4 ошибки, имеющий дополнительные входы, управляемый фильтр 5, первую формирующую цепь 6, второй сумматор 7, вторую формирукщую цепь 8, первый нелинейный элемент 9, третью формирукщую цепь 10, второй нелинейный элемент 11, управляемое реактивное сопротивление 12.Устройство работает следующим образом.ДиФференциальный входной сигнал поступает на симметричный вход дифференциального усилителя 1 и усиленный в Ку раз (Кус коэффициент передачи дйфференциального усилителя 1), снимается с выхода дифферен: циального усилителя 1 и поступает на выход устройства(1)Вых ус ОВхПервый сумматор 3, на один симметричный вход которого поступает входной сигнал 1 э, а на другой через аттенюатор 2 - выходной сигнал устройства, выделяет на симметричном выходе разностный сигнал ошибки 0 который после усиления дифференциальным усилителем ошибки 4 в Ко раэ (Ко - коэффициент передачи дифференциального усилителя ошибки) и фильтрации управляемым фильтром5, имеющим коэффициент передачи К,р вводится в дополнительный вход дифференциального усилителя 1.Управляемое реактивцре сопротивление 12, включенное между дополнительными входами дифференциального усилителя 4 ошибки, определяет глубину местной обратной связи. В качестве дополнительных входов могут быть использованы обычные входычастотной коррекции.Выходной сигнал устроиства,сформированный первой Формирукщей цепью б, поступакщий на соответствующий вход второго сумматора 7, суммируется с входным сигналом устройства, сформированный второй фор" мирукщей цепью, поступакщим на другой вход второго сумматора 7, и с его выхода через первый нелинейный элемент 9 поступает на управлякщий . вход управляемого фильтра 5.На управлякщий вход управляемого реактивного сопротивления,12 поступает выходной сигнал устройства, сформированный третьей формирующей цепью 10 и вторым нелинейным элементом 11. Если выполняется условие балансаОцх к д О зх (2) где К - коэффициент передачи аттенюатора 2,то (3)о=еых Ь-вхОНапряжение ошибки, вводимое вдополнительный вход дифференциального усилителя 1, выражается"о зх "о"о "срЕсли по тем или иным причинам(например, в результате линейныхили нелинейных искажений сигналав дифференциальном усилителе 1)условие баланса (2) не выполняется,то возникакщее напряжение ошибкиОо усиленное дифференциальным усилителем ошибки в Ко раз, отфильтрованное управляемйм Фильтром 5с коэффициентом передачи К, и введенное в .соответствукщей фазе вдополнительный вход дифференциально.го усилителя .1, будет стремитьсяскомпенсировать ошибку выходногосигнала устройства.При невысоких скоростях нарастания входного и выходного сигналовустройства выходные напряжения первой и второй формирующих цепей би 8, поступающие на соответствующие входы второго сумматора 7 также малы. Соответственно, мало иуправлякюцее напряжение, поступающее на управлякщий вход управляемого Фильтра 5 с выхода второго сумматора 7 через первый нелинейныйэлемент 9.При этом управляемый Фильтр 5имеет максимальную полосу пропускания. Управляющее напряжение,поступающее на управлякщий входуправляемого реактивного сопротивления 12 с выхода устройства черезтретью формирующую цепь 10 и второйнелинейный элемент 11, при малойскорости нарастания выходного напряжения также мало. При этом управляемое реактивное сопротивление 12 имеет максимальную величину, чтообеспечивает, соответственно, максимальный коэффициент усиления дифФеренциального усилителя 4 ошибки.Таким образом, при малых скоростях нарастания входного и выходного сигналов обеспечивается максимальный коэффициент передачи имаксимальная полоса пропусканияканала сшибки (включакщего в себя 1 О дифференциальный усилитель 4 сшибки и управляемый фильтр 5) .При увеличении скорости нарастания входного сигнала до значения,которое не может быть отработано 15 дифференциальным усилителем 4ошибки (иэ-эа ограниченных частотных свойств этого усилителя), выходные напряжения первой и третьей формирукщих цепочек б и 10 также увеличиваются и сформированныепо амплитуде первым и вторым нелинейными элементами 9 и 11 поступаютна управляющие входы управляемогофильтра 5 и управляемого реактивного сопротивления 12 соответственно.При этом верхняя граничная частотауправляемого фильтра 5 снижается.Одновременно уменьшакщееся управляемое реактивное сопротивление 12приводит к снижению частотных свойствдифференциального усилителя 4ошибки и увеличению линейностиего амплитудной характеристики эасчет увеличения глубины местнойобратной связи. Таким образом, при 35 увеличении скорости нарастаниявходного и выходного сигналов устройства глубина дифференциальнойсвязи уменьшается, а линейностьдифференциального усилителя 4 40 ошибки увеличивается, что снижаетперегрузку усилительных каскадовустройства и нелинейные и динамические искажения сигнала. Придальнейшем возрастании скорости 45 нарастания входного сигнала, например, при воздействии на входныецепи устройства мощной внеполоснойпомехи снижение глубины дифференциальной обратной связи происходит путем дальнейшего завала передаточной характеристики управляемого фильтра 5. За пределами полосыпропускания дифференциального усилителя 1 иэ-за ограниченных частотных свойств скорость нарастания 55сигнала на его выходе при увеличении частоты входного сигнала перестает возрастать. При этомизменение характеристик дифференциальной обратной связи осуществля ется путем регулировки управляемого Фильтра 5 с помощью входногосигнала, сформированного второйФормирукщей цепью 8.В качестве первой, второй и 65 ,третьей формирующих цепей 6,8 и 101078588 Составитель Н.ДубровскаяТехред М. Тепер Корректор А.Тяско Редактор Н.Безродная Заказ 983/51 Тираж 862 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 могут быть использованы, например ЙС-дифференцирукщие цепочки или. Фильтры верхних частот. Дальнейшее повышение точности устройства может быть получено применением в качестве Формирующих цепей полосовых фильтров, что позволяет снизить просочку управлякщих напряжений в сигнальные цепи. Выполнение цепей управления симметричными также позволяет снизить просочку управляющих напряжений в сигнальные цепи.Первый и второй нелинейные элементы 9 и 11 имеют амплитудные характеристики, эадакщие законы регулирования управляемого фильтра 5 и управляемого реактивного сопротивления 12 в диапазоне управляющих напряжений,Предлагаемое устройство может быть применено в составе многоканального телеметрического измерительного комплекса в качестве прецизионного быстродействукщего измерительного усилителя. Заданные точностные характеристики усилителя(точность 0,015), выполнящцегоФункцию нормализации сигналов, поступакщих от датчиков, могут бытьреализованы и.другими методами. Однако сложность известньх схем пре циэионных усилителей с дифференциальным входом затрудняет их реализацию в виде полупроводниковыхинтегральных схем (ИС), Реализацияв виде гибридных ИС резко повышает 15 стоимость устройства.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить заданные точностные характеристики спомощью относительно несложной схемы, легко реализуемой в виде полупроводниковой ИС.