Дифференциальный усилитель

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик о 1985934(22) Заявлено О 70 3,80 (21)29 33954/18-09с присоединением заявки Нов(И) М. Кп.з Н 03 Е 3/45 Государственный комитет СС 1 СР ио делам изобретений н открытийДата опубликования описания 301282 О.С. Андреев, Б.А. Бохонко, С.А. Давымука,Э.П. Дзисяк, В,А. Калынюк и И.Б. Мелихов(54 ) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Изобретение относится к радиотехнике, в частности может использоваться в устройствах автоматики, телемеханики и вычислительной техники.Известен дифференциальный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной дифференциальный каскад с источником тока в каждом плече и выходной операционный усилитель, соединенный с входом цепи отрицательной обратной связи 11 3.Недостатками известного усилителя являются относительно низкая точность и отсутствие оперативного изменения коэффициента усиления.Цель изобретения - повышение точности и оперативного изменения коэффициента усиления.Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном усилителе, содержащем последовательно соединенные входной дифференциальный каскад с источниками тока в каждом плече и выходной операционный усилитель, со-. единенный с входом цепи отрицательной обратной связи, по крайней мере в одном из плеч входного дифференциального каскада источник тока выполнен в виде двух групп источников тока, вцепи коллекторов транзисторов которых включены управляемые ключи, приэтом входы одной группы источникатока соединены с вновь введенным источником опорного напряжения, входыдругой группы - с выходом цепи отрицательной обратной связи, а управляющие входы ключей подсоединены квновь введенному устройству управле ниЯНа чертеже представлена структурная электрическая схема дифференциального усилителя.Дифференциальный усилитель содержит входной дифференциальный каскад1, токи в плечах которого задаютсяисточником 2 тока и группами 3,4источников тока, управляемые ключи 5,переключающиеся по команде с устрой.ства б управления, источник 7 опорно-го напряжения и цепь 8 отрицательнойобратной связи, сигнал на которую поступает с Выхода выходного операцион-ного усилителя 9.Дифференциальный усилитель рабо 25 тает следующим образом.При отсутствии сигнала на входеустройства, токи, протекающие в пле.чах входного каскада 1 от источника2 тока и от группы 3 и 4 источников О тока примерно. равны. Ключи 5 пере985934 чить ток источника 2 тока через 3 О,то должны выполняться условия (3),(М)). 2 = 3 . (") Подача сигнала на вход устройства приводит к перераспределению токов в плечах входного каскада 1 и на выходе появляется напряжение, часть которого через цепь 8 отрицательной обратной связи поступает на вход группы 4 источников тока и приводит к изменению вырабатываемого ею тока. При достаточно большом значении коэффициента усиления выходного усилителя 9 изменению выходного напряжения на выходе устройства соответствует незначительное изменение сигнала на входе выходного усилителя 9. Это оз-, начает, что перераспределение тока в плечах каскада, вызванное наличием входного сигнала, будет скомпенсирова но в результате влияния обратной свя. зи, изменением тока группы 4 источни. ков тока, т.е. входной сигнал;величина, определяющаякоэффициент усиления вход.ного каскада 1; 1А = - в случае дифференциального и 1 в случае однопроводного выходного усилителя 9; ВО - изменение выходного напряжения цепи отрицательной обратной связи, вызванное появлением на-. пряжения на выходе устройства -аОВью аЦ= Р 4 О) - (4) д-"Е си 2", 45иЭ 4 1к г о к 1 кК=1 И)О) (3) - (4) а (4) когдеа 1 аи, а.ап эффициенты, определяемые состоянием соответствующих ключей: если ключ замкнут, то ак = 1, ак = О, если разомкнут - ак = О, а,), = 1;О - напряжение источника 7 опорного напряжения;Ог - напряжение на выходе цепиобратной связи;д . - эквивалентная крутизна преобразования управляющего напряжения в ток источникамитока;и - коЛичество источников тока фв группах 3,4.Каждое слагаемое суммы ( или (2) определяет ток одного иэ источников токов, входящих в состав группы источников (3) или (4). Если обозна(6) где ) - коэффициент передачи цепиотрицательной обратной связи,Сопоставляя (5) и (б), находимкоэффициент усиления устройстваЬЫх 1фЕХ ч) %о " - -И) к Е ЬКК Для каждой конкретной схемы величины р,В и до, входящие в (7), постоянны, поэтому коэффициент усиления устройства изменяется в соответствии с изменением величины суммы- - 4) К АК 1 К(8) Сумма (8) представляет собой и-разрядное двоичное число. ключаются по команде с устройства 6 гуправления таким образом, чтобы сумма .токов групп источников 3 и 4 была по"стоянна при любом коэффициенте усиления дифференциального усилителя. Величина этого суммарного тока опре деляется напряжением источника 7 опорного напряжения и сигналом, поступающим на вход источников 4 тока с выхода цепи 8 отрицательной обратной связи, 10Выходное напряжение цепи 8 отрицательной обратной связи при отсутствии сигнала на входе усилителя равно напряжению источника опорного напряжения 7, а отклонение напряжения на вы 5 ходе устройства от нулевого значения определяется напряжением смещения, вызванным неидеальностью выходного операционного усилителя 9, входного каскада 1, источника 7 опорного напряжения, источника 2 тока и групп 3,4 источников тока. При этом устройство б управления может быть запрограммировано таким образом, чтобы компенсировать напряжение смещения путем коммутации соответствующих источников тока из группы 3. Группы 3 и 4 источников тока идентичны и состоят из источников тока, токи кажт дого из которых отличаются друг от друга по определенному, например по двоичному, закону. Тогда ток, втекающий во входной каскад 1 от группы 3 источников тока определяется по выражению (1), а от группы 4 - по выражениу (2)35Ъ 1 пми 2 щ 1 п Ь иеиФс( 1 . 2 =11 С 1и и 1 и и 1 и К 1 Ки 40Количество возможных значенийкоэффициентов усиления определяется.числом й ф 2 - 1 (9)5 Например, при количестве генераторов тока в группе - л8 можно получить 255 значений коэффициента усиления.При этом влияние ключей 5 на точ ность устройства пренебрежимо мало вследствие высокого выходного сопротивления источников тока,ЪПредлагаемый дифференциальный 15 усилитель выгодно отличается от прототипа не только возможностью программирования коэффициента усиления и высокой точностью, но и более широкими функциональными возможностя-;10 ми. Например, при исключении источника 7 опорного напряжения, вход группы 3 источника тока может использоваться как дополнительный вход усилителя, Устройство управления может быть запрограммировано таким образом, чтобы автоматически компенсировать напряжение смещения усилителя при любом коэффициенте усиления. ВЬзможно использование усилителя в качестве цифро-аналогового преобразователя или аналоговой части аналогоцифрового преобразователя.Широкая область применения, универсальность схемы дают возможность использования ее в качестве базового узла различных устройств: программируемых усилителей, регулируемых источников напряжения, прецезионных аналоговых запоминающих устройств ском пенсацией погрешностей и других.Связанное с этим повышение техни ческих характеристик устройств, снижение затрат разработки на настройку и регулировку оригинальных узлов приведет к значительному экономическому эффекту. Формула изобретенияЪДифференциальный усилитель, содержащий последовательно соединенные входной дифференциальный каскадс источниками тока в каждом плечеи выходной операционный усилитель,соединенный с входом цепи отрицательной обратной связи, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и оперативногоизменения коэффициента усиления, покрайней мере водном из плеч входного дифференциального каскада источник тока выполнен в виде двух групписточников .тока, в цепи коллекторовтранзисторов которых включены цепи,при этом входы одной группы источника тока соединены с вновь введеннымисточником опорного напряжения, входы другой группы - с выходом цепиотрицательной обратной связи, а управляющие входы ключей подсоединенык вновь введенному устройству управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ВеликобританииР 1364233, НЗТ (НОЗ Р 1/34), 1974985934 Вью,оставитель Н. Дубровская ехред И.Гайду Корректор М, Шарош едактор А в ака Филиал ППГ "Патент", г, ужгород, ул. Проектная 83/76 Тираж ВНИИХИ Госуда по делам из 113035, Иоскв