Измерительный усилитель

(53) У 21,375 088.8) крытнн ния 30. 10. 82 опубликования оп И. А.Юдин,. к, 2) Авторы изобретения А. С. Павлов тари) Заявитель ЕРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 20 Изобретение относится к измери-,тельным усилителям и может использоваться в усилителях, требующих налйция гальванической развязки во входных цепях, а также при измерении малых потенциалов электростатических 5полей на фоне больших синфазных.помех.Известны усилители с трансформаторной развязкой входных цепей и подавлением синфаэных помех.Недостатком данного устройства является большой уровень электромагнитных помех 1 ).Наиболее близким к предлагаемомуявляется измерительный усилитель,содержащий операционный усилительзапоминающий каскад, включающий всебя первый и второй конденсаторы и,коммутатор с четырьмя группами переключающих контактов 2 3Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измерениясигнала из-за частичного разрядаконденсаторов входными токами,Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличение значения входного сопротивления усилителя.Поставленная цель достигается тем, что в измерительный усилитель, содержащий первый запоминающий каскад, включающий в себя первый и второй конденсаторы и коммутатор с первой, второй, третьей и четвертой группами переключающих контак" тов, причемзамыкающий контакт первой группы и размыкающий контакт третьей группы через первый конденсатор подключены к замыкающему и размыкающему контактам соответственно второй и четвертой группы, а размыкающий контакт первой группы и замыкающий контакт четвертой группы через второй конденсатор соединены с размыкающим и замыкающим контактами соответственно второй и третьей групп, средние контакты первой, второй и третьей групп соответственно подключены к первой и второй входным шинам уст 970637ройства и первому входу дифференциального усилителя, выход управляющего генератора соединен с управляющим входом первого запоминающего касада, введены последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, делитель напряжения и второй запоминающий каскад, выполненный идентично первому запоминающему каскаду, управляющий вход которого подключен к управляющим входам первого запоминающего каскада и Фазового детектора, средние контакты первой группы соединены с выходом делителя напряжения, второй группы - с общей шиной, третьей группы - с средним контактом четвертой группы коммутатора первого запоминающего каскада и четвертой группы - с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу Фазового детектора.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема измерительного усилителя; на фиг. 2 - структурная электрическая схема запоминающих каскадов.Устройство содержит первый запоминающий каскад 1, последовательно сое- , диненные дифференциальный усилитель 2, Фазовый детектор 3, интегратор 4, согласующий каскад 5, делитель 6 напряжения, а также второй запоминающий каскад 7, управляющий генератор 8, выход которого соединен с управляющими35 , входами первого и второго запоминающих каскадов 1 и 7 и Фазового детектора 3. Первый запоминающий каскад включает первый и второй конценсаторы 13 и 14, коммутатор с четырьмя группами переключающих контактов 9- 12, Замыкающий контакт первой группы 9 и размыкающий контакт третьей группы 11 через первый конденсатор 13 подключены к замыкающему и размыкающему45о контактам соответственно второй и четвертой групп 10 и 12, Размыкающий . контакт первой группы 9 и замыкающий контакт четвертой группы 12 через второй конденсатор 14 соединен с размыкающим и замыкающим контактами соответственно второй и третьей групп 10 и 12. Средние контакты первой, второй и третьей групп 9-11 соответственно подключены к первой и второй входным шинам а вход 1, и вход 2 - к первому входу дифференциального усилителя 2. Средние контакты второго запоминающего каскада 7 спервой по четвертой группе 17, 18,15, 16 соответственно соединены с выходом делителя 6 напряжения, земляной шиной, средним контактом цетвертой группы 12 первого запоминающего каскада 1 и вторым входом дифференциального усилителя 2,Устройство работает следующимобразом,Коммутаторы первого и второго запоминающих каскадов 1 и 7 по сигналам управления, поступающим из управляющего генератора 8, поочередно коммутируют между собой две пары конденсаторов (Фиг,2). Одну пару образуютконденсаторы 13 и 20, а другую - конденсаторы 14 и 19. При исходном состоянии коммутаторов конденсаторыпервой пары 13 и 20 соединены встречно-последовательно и подключены кдифференциальным входам усилителя 2,конденсаторы второй пары 14 и 19 подключены соответствено между первой ивторой входными шинами, а также между выходом делителя 6 напряженияи земляной шиной. При переключении коммутаторов конденсаторы 13 и20 меняются местами с конденсаторами 14 и 19 в первом и. втором запоминающих каскадах 1 и 7. Причем конденсаторы 13 и 20 обоих каскадовсоединяются между собой концами,подключаемыми соответственно к второму входу дифференциального усилителя 2 и к выходу делителя 6 напряжения, а конденсаторы 14 и 19соединяются между собой концами,подключаемыми соответственно к первому входу дифференциального усилителя 2 и к земляной шине,Таким образом, в каждый полупериод управляющего сигнала конденсатор одной из пар, расположенный в первом запоминающем каскаде 1, накапливает заряд, пропорциональный разности потенциалов между двумя входнымишинами устройства, второй конденсатор этой пары, расположенный во втором запоминающем каскаде 2, накапливает заряд пропорциональный раз"ности потенциалов между выходом делителя 6 напряжения и земляной шиной,С двух конденсаторов другой пары вэто время поступают на вход дифференциального усилителя 2 разностныйсигнал, равный разности между потенциалами, запомненными конденсаторамиэтой поры в предыдущем полупериоде,причем знак разностного сигнала, по. ступающего на вход дифференциального усилителя 2 в каждом из полупериодов управляющего сигнала с выходагенератора 8 изменяется на противоположный, в результате чего наряду с формированием разностного сигнала одновременно осуществляется его преобразование в переменный амплитудно- модулированный сигнал с частотой 16коммутации. Сигнал с выхода дифференциального усилителя 2 поступает на фазовый детектор 3, который посигналу управления с частотой коммутации осуществляет преобразование 13 переменного сигнала в постоянный уровень, пропорциональный амплитудепеременного сигнала. С выхода фазового деткетора 3 сигнал через интегратор 4 и согласующий каскад 5 20поступает на выход устройства, Интегратор 4 выполняет функции фильтра,подавляющего помехи коммутаторов конденсаторов. первого и второго запо"минающих каскадов 1 и 7, а также яв ляется астатическим звеном первого порядка, устраняющим статическую погрешность, Согласующий каскад 5 необходим для усиления сигнала по мощ" ности для обеспечения высокой нагру- зв зочной способности. Делитель напряжения с вторым запоминающим каскадом 7 образует цепь обратной связи и служит для переключения пределов измерения, которые изменяются в зави. симости от диапазона измеряемой разности потенциалов.Предлагаемый измерительный усилитель при незначительном усложнении схемы обеспечивает значительное улучшение его технических характерисгик ( чувствительность, точность измерения, входное сопротивление). Улучшение технических характеристик достигается за счет отсутствия наводимых помех на входе, полного подавления синфазной помехи; преобразование постоянного сигнала в переменный позволяет значительно увеЮ личивать коэффициент усиления риФференциального усилителя и следовательно, повышать чувствительность устройства, формирование разностного сигнала на входе дифференциального усилителя позволяет беэ изменения величи- ф ны его входного сопротивления относительно прототипа значительно увеличивать величину эквивалентного входного сопротивления устройства,использование в предлагаемом усилителе компенсационного метода измеренияи охват усилителя глубокой отрицательной обратной связью в сочетании с возможностью увеличения коэффициента усиления дифференциальноео усилителя по"зволяют значительно повысить точностьизмерения, что особенно сказываетсяпри измерении малых потенциалов,Формула изобретенияИзмерительный усилитель, содержащий первый запоминающий каскад,включающий я себе первый и второйконденсаторы и коммутатор с первой,второй, третьей и четвертой группамипереключающих контактов, причемзамыкающий контакт первой группы иразмыкающий контакт третьей группы через первый конденсатор подключены кзамыкающему и размыкающему контактамсоответственно второй и четвертойгрупп, а размыкающий контакт первойгруппы и замыкающий контакт четвертойгруппы через второй конденсаторсоединены с размыкающим и замыкающим контактами соответственно второйи третьей групп, средние контактыпервой, второй и третьей групп соответственно подключены к первой ивторой входным шинам устройства ипервому входу дифференциальногоусилителя, выход управляющего генератора соединен с управляющим входомпервого запоминающего каскада, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,.в него введены последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, делительнапряжения и второй запоминающий кас"кад, выполненный идентично первомузапоминающему каскаду, управляющийвход которого подключен к управляющим входам первого запоминающегокаскада и фазового детектора, средниеконтакты первой группы соединены с выходом делителя напряжения, второйгруппы - с общей шиной, третьей груп"пы - с средним контактом четвертойгруппы коммутатора первого запоминающего каскада и четвертой группыс вторым входом дифференциальногоусилителя, выход которого подключенк входу фазового детектора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Степаненко И. П, Основы теориитранзисторов и транзисторных схем.авитель Р.Нижаметдиновхред й. Кастелевич Кор М Иароши СоКовалева едак ектная, 4 П "Патент",город, ул или Заказ 8420/73 Тир ВНИИПИ Государстве по делам изобр 113035, Москва, Ж ногтен5,9 Подлисноекомитета. СССРй и открытийаушская наб., д. М 5