Масштабный усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИСПУБЛИК 010 06 67/ РЕТЕНИЯ СТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИД(71) Горьковский ордена Трудового Красного. Знамени политехнический институт им, А. А. Жданова(56) 1, Алексенко А. Г., Коломбет Е.А, й Стародуб Г. И. Применение прецизион-: ных аналоговых ИС. М., советское радиоф, 1980, с. 8, рис. 2.2. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., фЭнергияф, 1980, с. 64-66, рис. 41 (прототип) . НЪЙ УСИЛИТЕЛЬ нциальный операцион ртирующий вход в:пряжения, вход котоходом дифференциаль ходом масштабного ллыьный делитель на рого соединен с выого,операционно: усилителя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности масштабирования и быстродействия масштабносго усилителя, в него введены цифрауправляемый делитель напряжения, два омпаратора, элемент равнозначности и реверсивный счетчик, входы которого под.ключены к прямому и инверсному выходам элемента равнозначности, а выходсоединен с управляющим входом цифроуправляемого делителя напряжения, включенного между выходом и инвержрукацимвходом дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход первого комаратора и инвертирующий входвторого компаратора подключены к входумасштабного усилителя, инверщрукацийвход первого компаратора и неинвертирувщий вход второго компаратора соединенысоответственно с выходом параллельногоделителя напряжения ишиной нулевогопотенциала, а выходы компараторов подключены. к входам элемента раввоиачности.1037278 3Поставленная цепь достигается тем,что в масштабный усилитель, содержащийдифференциальный операционный усилитель,иеинвертирующий вход которого являетсявходом масштабного усилителя, и парал(лельный делитель напряжения, вход которого соединен с выходом дифференциального операционного усилителя, введеныцифроуправляемый делитель напряжения,два компаратора, элемент равноэначности и реверсивный счетчик, входы которого подключены к прямому и инверсномувыходам элемента равнозначности, а вь- ход соединен с управляющим входом циф.ро-управляемого делителя напряжения,включенного между выходом и инвертирующим входом дифференциального опера-., ционного усилителя, неинвертируюшийвход первого компаратора и инвертируюший вход второго компаратора подключенык входу масштабного усилителя, инвертируюший вход первого компаратора и неинвертируюший вход второго компараторасоединены соответственно с выходом параллельного, делителя напряжения и шинойнулевого потенциала, а выходы компараторов подключены к входам элемента равнозначности.На чертеже представлена структурнаясхема масштабного усилителяВ масштабном усилителе выход дифференциального операционного усилителя1 подключен к входам параллельного делителя 2 напряжения и цифроуправляемогоделителя 3 напряжения, выход которогоподсоединен к инверчмруюшему входуоперационного усилителя 1. Выход параллельного делителя 2 напряжения подклю.чен к инвертирующему входу первого компаратора 4, второй вход которого соединен с выходом источника входного сигнала. Инвертирующий вход второго компаратора 5 подключен к выходу источникавходного сигнала, а второй. вход - к обшей шине. Выходы компараторов"4 и 5соединены с входами элемента 6 равноэначности, выходы которого подключенык входам реверсивного счетчика 7. Выходы реверсивного счетчика 7 подключены50к управляющим входам цифроуправляемогоделителя 3 напряжения, Неинвертирующийвход операционного усилителя 1 подключен к выходу источника входного сигна- лае Изобретение относится к измеритель-ной и вычислительной техникз и можетбыть использовано при построении точных быстродействующих устройств измерительной и аналоговой вычислительной 5. техники,Известен масштабный усилитель, по.фстроенный Оо схеме операционного усилителя с глубокой отрицательной обратной связью, В этом масштабном усилитеде при достаточно большом коэффициенте усиления операционного усилителя коэффициент передачи определяется толькорезистивным делителем в цепи обратнойсвязи операционного усилителя 1. 5Недостатком этого масштабного усилителя является необходимость использоыния для получения высокой точностипрецизионных резисторов,Наиболее близким по технической суш 20ности к предложенному является масштабныя усилитель с усреднением ошибок резисторов, определяющих коэффициент передачи, содержащий операционный усилительи дуальио-реверсивный делитель напряжения состоящий из в одинаковых резисторов ипереключателей, выход руально-реверсивного делителя напряженияподключен к инвертырующему входу опе 1рационного усилителя, а резисторы через ЗОпереключатели подключаются к обшейшине и к выходу операционного усилителя,Работа переключателей организуетсятаким образом, что т резисторов подключаются к выходу операционного усилителя У, а о -т резисторов - к общейшине. При этом коэффициент передачисхемы Кп = 1 +О-пДля усреднения погрешностей резисторов осуществляется циклический сдвигсостояния переключателей при которомчисло резисторов, подключенных к выходу операционного усилителя и к общейшине, остается неизменным. При этомполучается, что среднее значение коэф-фициента. передачи за цикл сдвига не зависит от погрешностей резисторов2Недостатком известного масштабного усилит епя является низкое быстродействие, определяемое тем, что для обеспе чения высокой точности верхняя гранйчная частота входного сигнала должна быть много меньше. частоты сдвига в дуально-реверсивном делителе напряжения.Белью изобретения является повышение быстродействия и точности масштабирования масштабного усилителя. 55 Усилитель работает следующим образом.Входной сигнал И , поступает нанеинвертирующий вход операционного.значешщ И= ИйКУто среднеезначение выходного напряжения параллельного делителя 2 напряжения по абсолютной величине превышает абсолютную величину Входного налряжениы (И б ) и ела5мент 6 раиюзна яости выдает сигнал,уве:лчт:ваюшй содержимое реверсивногосчетчика 7. При этом корректируется всторону увеличения коэффициент передачи1 Оцифроуправпяем ого делителя 3 напряжения,т. е. увели.ивается глубина отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 и уменьшается коэффициент передачи масцтабного усилителя Кп. Если жевыходное напряжение И по абсолютной5вегпг.:ипа меп ше расчетного значенияИ;. = И, К , то среднее значениевъгс;п-. щпряжения параллельного деди ьтели 2 .,лпояжепя по абсолютной величине меньше абсолютной величины вход-. -20нога с 1,тпа 1 а (И ), и элемент 6 равнозиг:соти выдает сигнал, уменьшающийсодержимое реверсивного счетчика 7, Приэтом коэффициент передачи цифроуправляеа25мого делителя 3 напряжения уменьшается,т е, умец шается глубина отрицательнойобратной связи операционного усилителя1,. а коэффициент передачи масштабногоусил,тепя К увеличивается. По окончаинии переходного процесса коэффициент пе- ореда;и масштабного усилителя равен расчетном" значению (с точностьюв опредепяемой иагом подстройки), Возникающая же в процессе работы нестабильностькоэффициента передачи масштабного усилитепя непрерывно отслеживается каналом подстройки и корректируется,Предлагаемый масштабный усилительобладает высоким быстродействием (повходному сигналу), определяемым только 4 Одинамическими характеристиками опера;ционного усилителя 1, Нестабильностьже коэффициента передачи схемы непре."рывно отслеживается каналом подстройки(паралпеьный делитель 2 напряжения, 45 компараторы 4 и 8, элемент 6 равнозначности, реверсивный счетчик 7). Приэтом к ширине полосы пропускания канала подстройки особых требований не предъявляется, так как дрейф коэффициентапередачи масштабного усилителя представляет собой достаточно низкочастотныйпроцесс. Для устранения смешения нулякомпараторов 4 и 5, которые могут бытьреализованы по той же схеме, что и основной операционный усилитель 1, можетбыть использована периодическая коррекция дрейфа, а влияние шума компараторов устраняется за счет выбора шагаподстройки у достаточно малой величины(т. е. за счет сужения полосы пропускания канала подстройки) или за счет дополнительного усреднения отсчетов в схеме равнозначности. Результирующая по-.грешность коэффициента передачи рассматриваемой схемы определяется, в основном, только погрешностью параллельногоделителя напряжения с циклической коммутацией резисторов, которая достаточномала даже без использования точных резисторов. Результаты моделирования предлагаемой структуры на ЭББМ и эксперименталь ного исследования макета устройства свидетельствуют о том, что при использоф ванин резисторов класса точности + 1% погрешность предлагаемого масштабного усилителя находится на уровне + 0,01%, При этом снижение погрешности с уровня 1% до уровня + 0,1% происходит за 50-100 тактов, а до уровня + 0,01%- за 1000-5000 тактов работы устройства, Полоса же пропускания предлагаемой схемы по входному сигналу определяется только динамическими характеристиками операционного усилителя,- и при использовании усилителя типа 574 УД 1 верхняя граничная частота достигает нескольких мегагерц.6012/51 Тираж 706 ВНИИПИ Государственного о по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раое Подпиитета СССРрытийушская наб., д. П фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная,филиал Составитель С. Белан Половка Техред М.Коштура Корректо