Электрометрический усилитель

Электрометрический усилитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ , содержащий последовательно соединенные дифференциальный усилитель, фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала , а также первый и второй запоминакицие устройства, первые выходы которых соединены между собой, управляющие входы соединены с выходом управляющего генератора и управляющим входом фазового детектора, первый и второй информационные входы первогозапоминаняцего устройства соответственно подключены к первой и второй входным шинам элект« ромет рического усилителя, а первьхй и второй информационные входы второ го запоминающего устройства соответственно - к выходу преобразователя сигнала и к общей шине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы за счет увеличения коэффициента подавления помех, в него введены третье и Ч етвертое запоминающие устройства, первые Выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя, а вторые выходы - соответственно со вторыми выходами первого и второго запоминающих стройств, третий выход третьего запоминаницего устройства соединен с третьим выходом первого . запомингиощего устройства, а третий выход четвертого запоминающего устройства - с третьим выходом второго запоминающего устройства, «первые информационные входы третьего и четвертого запоми накхцих устройств через конденсаторы соединены соответственно с первой входной шиной электрического усилителя и выходом преобразователя сигнала, вторые инфо 1ационные входы - соответственно с второй входной шиной электрометрического усилителя и общей шиной, управляющие входы - с выходом управляющего, генератора, блок синхронизации, вход которого подключен к третьей входной шине электрометрического усилителя, а выход - ко входу управляющего генератора . - 2 . Усилитель по п. 1, отли (Л чающийся тем, что каждое запоминающее устройство содержит первый и второй конденсаторы, коммутатор , состоящий из обмотки и четырех групп переключака их контактов, причем переключающие контакты первой и второй групп соединены.между собой через первый конденсатор, а ел переключанмиие контакты третьей и четвертой групп - через второйконден4; сатор, размыкающий контакт первой 00 группы и замыкающий контакт третьей группы подключены к рервому информационному входу запоминающего устройства , а размыкающий контакт второй группы и замыкающий контакт четвертой группы - ко второму информационнс лу входу запоминающего устройства , первый выход которого .соединен с замыкающим контактом первой группы и размыкакяцим контактом четвертой группы, второй выход - с замыкающим контактом второйТруппы, третий выход - с размыкающим контактом трртьей группы, управляющий вход - с первым контактом обмотки коммутатора, :второй контакт которой подключен-к общей шине.

, ()9) (!!) СО)ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5!) Н 03 F 3/38, С 01 R 17/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О П(РЫТИЙ д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "-":

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3406101/18-21 (22) 01.03.82 (46) 15.11.83. Бюл. М 42 (72) Д.И.Стариков, Й.С.Павлов, И.A.Þäèí и A.Ä.Ñòàðèêîâ (53) .621.-373.44 (088.8) (56) 1. K/ÈO(! операционный усилитель с компенсированной погрешностью смещения. "Электроника", 1979, )) 2..

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 327027/21, кл. С, 01 Р 17/06, 1981. выход четвертого запоминающего устройства — с третьим выходом второго запоминающего устройства,,первые информационные входы третьего и четвертого запоминающих устройств через конденсаторы соединены соответственно с первой. входной шиной электрического 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 синхронизации, вход которого подключен к третьей входной шине электрометрического усилителя, а выход - ко входу управляющего ге- И . нератора.

2. Усилитель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждое запоминающее устройство соде!)жит 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 переключан)щие 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 с замыкающим контактом первой группы и раэмыкающим контактом четвертой группы, второй выход - с замыкающим контактом второй группы, третий вы-ход — с раэмыкающим контактом третьей группы, управляющий вход - с первым контактом обмотки коммутатора, второй контакт которой подключен к общей шине, (54)(57) ЭЛЕКТРОИЕТРИЧЕСКИИ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные дифференциальный усилитель, фазовый детектор, интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала, а также первый и второй запоминающие устройства, первые выходы которых соединены между, собой, уп. равляющие входы соединены с выходом управляющего генератора и управляющим входом фазового детектора, причем первый и второй информационнйе входы первого запоминающего устройства соответственно подключены к первой и второй входным шинам элект рометрического усилителя, а первый и второй информационные входи второ

ro запоминающего устройства соответственно — к выходу преобразователя сигнала и к общей шине, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы эа счет увеличения коэффициента подавления помех, в него введены третье и четвертое запоминающие устройства, первые выходы которых соответственно .соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя, а вторые выходы - соответственно со вторьц)и выходами первого и второго запоминающих устройств, третий выход

Третьего запоминающего устройства соединен с третьим выходом первого запоминающего устройства, а третий

1054877

Изобретение относится к измери» тельной технике и может быть использовано для измерения малых потенциалов электростатических полей при действии синфазных помех.

Известен электрометрический усилитель, содержащий запоминающее устройство с коммутатором, дифференциальный усилитель, Фазовый детектор, управляющий вход которого подключен к выходу управляющего генера- 10 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 усилителя„а информационные входы второго запоминающего устройствак выходу преобразователя сигнала и к общей шине p2). недостатком электрометрического усилителя является низкий коэффи" циент подавления помех.

Цель изобретения - повышение 35 точности работы за счет увеличения коэффициента подавления помех..

Поставленная цель достигается. тем, что в электромеханический усилитель, содержащий последователь- 4О но соединенные дифференциальный . уси литель, .Фазовый детектор интегратор, согласующий каскад, преобразователь сигнала, а также первый и второй запоминающие устройства,пер-,4g вые выходы которых соединены между, . собой, управляющие входы соединены c 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 запоми.нающего 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 6О ференциального усилителя, а вторые выходы - соответственно со вторыми выходами первого и второго запоминающих устройств, третий выход третьего запоминающего устройства соединен . с третьим выходом первого запоминающего устройства, а третий выход четвертого запоминающего 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 группчерез .второй конденсатор, размыкающий 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 ох ма 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

6, преобразователь 7 сигнала, а также третье 8 и четвертое 9 запоминающие устройства, выполненные с коммутаторами, управляющий гене- . ратор 10 и блок 11 синхронизации.

Причем вторые выходы первого 1 и третьего 8 запоминающих .устройств. как и третьи выходы, соответственно соединены между собой,,а вторые информационные входы - со вторым входом электрометрического уси1054877 лителя. Вторые выходы второго 2 и четвертого 9 запоминающих устройств как и третьи, соединены между собой, а вторые информационные входы - со второй входной шиной злектрометрического усилителя. Первая входная ши- 5 на электрометрического усилителя соединена с первым информационным входом nepsoro запоминающего устройства 1 и через конденсатор 12 - c6 вторым информационным входом третье- {{) го запоминающего устройства 8. Выход преобразователя сигнала соединен с .: первым информационным входом,.второго 2 к через конденсатор 13 с первым информационным входом четвертого 9 запоминающих устройств.

Первые выходы первого 1 и второго 2 запоминающих устройств, соединены между собой, а первые выходы третьего 8 к четвертого 9 запоминающих устройств, соответственно подключены к первому к второму входам дифференциального усилителя 3. Каждое,запоминающее устройство фиг. 2 содержит конденсаторы 14 к 15, коммутатор с четырьмя группами 16-19 переключающих контакторов, причем переключающие контакты первой и второй групп контакторов 1б.и 17 соединены через первый конденсатор 14, а переключающие .контакты третьей и ЗО четвертой групп 18 и 19 - через второй конденсатор 15. Раэмыкакиций контакт первой группы 1б к замыкающий контакт третьей группы 18 подключены к первому информационному 35 входу, а размыкающий -контакт второй грунты 17 и замыкающий контакт четвертой группы 19 - ко второму информационному входу запоминающего устройства, первый выход которого соединен с замыкающим контактом riepвой группы 16 к размыкающкм контактом четвертой группы 19, второй выход - с замыкающим контактом второй группы 17, третий выход - с раз-, мыкаккцюв контактом третьей группы

18, управляющий вход - с первым контактом обмотки 20 коммутатора, второй контакт которого подключен к общей шине.

Электрометрическкй усилитель работает следующим образом. управляющий генератор 10 формирует перксМкческкй сигнал, осуществляющий в один кэ полуперкодов включение, а в другой - .выключение конденсаторов 14 и 15 каждого запоминающего устройства 1„ 2, 8 и 9. В зависимости от переключения кон тактов коммутатора конденсатора запоминающих устройств с. коьмута.- 60 торами подключаются в соответствии .со схемами фиг. 1 и 2. Частота скг нала управления запоминающими устройствами с коммутаторами-зависит от частоты поступающего на вход 45 управляющего генератора 10 сигнала, формируемого в блоке 11 синхронизации из поступающего на него через третий вход электрометрического усилителя. Такюа 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 б 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, устраняющим 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 s 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, риходящим 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

1054877 (соответственно входному и выхсдному, равному сумме полезного сигнала и выпрямленного сигнала помехи.

В тоже время на соответствующих конденсаторах третьего 8 и четвертого 9 запоминающих устройств накап- 5 ливаются заряды, пропорциональные только составляющей выпрямленного сигнала помехи. Степень компенсации детектированного сигнала помехи зависит от соотношения величин конден- 10 саторов 12 и 13 и накопительных конденсаторов, входящих в состав третьего 8 и четвертого 9 запоминающи» устройств. Чем больше соотношение

С 15

ЕЮ6,, тем выае степень компенсаC нак

Р ции. Чем больше зто соотношение, тем больше относительное время установления и, следовательно, хуже частотно-динамические 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 дифференциального усилителя 3 конден- филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.ÏðîåêThàÿ,4 саторы 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 полеэного. входного и выходного сигналов, причем в каждом из полупериодов управляющего сигнала происходит смена знака разностного сигнала, что приводит к модуляции посгоянного 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 усилителя °

Электрометрический 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 8,