Операционный усилитель

Операционный усилитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сфюз Советских

Сецивлистических

Ресттублик (1 ),7Î5463

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное и авт. саид-ву (22) Завалено 2505.77 (23) 2490 78/). 8-24 с присоединением заявки Но— (23) Приоритет

Опубликовано 25l2.79. Бюллетень Н947

Дата опубликования описания 281279 (51)М. Кл.

G 06 G 7/12

Государственный комитет

СССР но дмам нзобретеннй н открытнй (53) УДК 68 . 3S (088.8) (72) Авторы изобретения

Д. F, Полонников и P.,p. Бабаян (71) Заявитель Ордена ленина институт проблем управления (54) ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

Известны операционные усилители (ОУ), с модуляцией сигнала, усилением на переменном токе и последующей демодуляцией (МДМ) (1) и l2) .

Недостатком известных ОУ с МДМканалом являются недостаточно малые значения величин напряжения смещения нуля (Е ), температурного дрейфа напряжейия смещения нуля (OE /äT) < входного тока (1в„), а также недоста° точно высокое входное сопротивление (В%)

Известен также операционный ,усилитель, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого через первый RC-фильтр подключен к входу усилителя, а неинвертирующнй вход через второй

RC-фильтр соединен со стоком ключевого МДП-транзистора, исток которого связан с шиной нулевого потенциала, ключевой двухэатворный МДП- 2 транзистор, подключенный параллель,. но третьему RC-фильтру, соединенному со входом усилителя переменного тока, и генератор управляющих импуль« сов, первый выход которого подключен 30

1 к перво у затвору ключевого двухэатворного МДП-транзистора (3).

Принцип работы такого "ОУ состоит в том, что постоянная н самая низкочастотная составляющая входного напряжения модулируется модулятором, усиливается усилителем переменного тока, затем усиленные импульсы демодулируются демодулятором и с помощью фильтра вьщеляется постоянная составляющая напряжения, которая поступает на неинвертирующий вход основного дифференциального ОУ.

С помощью этого усилителя происходит сложение низкочастотной .составляющей сигнала с высокочастотной составляющей, поступающей на инвертирующнй вход через конденсатор, и их дальнейшее усиление, Недостатком известного является значительные величины напряжения смещения нуля, температурного дрейФа напряжения смещения нуля, входного тока и недостаточно высокое значение полосы пропускания МДМ-канала что снижает точность недостаточно высокого значения полосы пропускания °

Целью изобретения являе ся повыше" ние точности и расшнренйя полосы пропускания.

705463

Для этого в усилитель введены элемент з адержки, одн овибратор, и нвертор-формирователь и дополнительный усилительный каскад, вход которого подключен к выходу усилителя переменного тока, а выход через вве- денный разделительный конденсатор к стоку ключевого МДП-транзистора, затвор которого ереэ последовательно соединенные одновибратор и элемент задержки подключен ко второму выходу генератора управляющих импульсов, третий выход которого через инвертор-формирователь связан со вторым затвором ключевого двухэатворно го МДП-транзистора.

На чертеже изображен предлагаемый усилитель, функциональная схема.

Операционный усилитель состоит иэ дифференциального усилителя 1, модулятора 2, выполненного на ключевом двухзатворном МДП-транзисторе 3 с резистором 4, первого RC-фильтра 5, усилителя б переменного тока, демодулятора 7, содержащего разделительный конденсатор 8 и ключевой МДПтранзистор 9, второго RC-фильтра

10, генератора 11 управляющих импульсов.

К выходу усилителя б переменного тока подключен дополнительный усилительный каскад 12 с глубокой обратной связью и с малым выходным сопротивлением. В усилитель введен одновибратор 13, подключенный входом к генератору 11 импульсов, а выходом через элемент 14 задержки — к затвору ключе вого МДП-транзистора 9. Второй затвор ключевого двухэатворного МДП-транзистора соединен с выходом инвертора

1-формирователя 15, Между входом .усилителя переменного тока и генера,тора управляющих импульсов установлен электростатический экран 16. На входе дифференциального усилителя 1 установлен третий.RC-Фильтр 17.

Операционный усилитель работает следующим образом.

При подаче управляющих импульсов от генератора 11 на первый эавтор двухзатворного МДП-транзистора 3 он поочередно отпирается и запирается, и таким образом осуществляется моду ляция постоянной и самой низкочастотной составляющей входного напряжения. Инвертор-формирователь 15 служит для подачи на второй затвор двухзат ворного МДП-транзистора 3 малого постоянного смещения и импульсов, противофазных относительно импуль-. сов первого затвора. Благодаря этому удается в значительной степени ком пенсировать параэитные импульсы от переднего и заднего фронтов управ. ляющих импульсов, ITo гриводит к" уменьшению величины входного тока и eIo e . RC ôèëüòð 5 исключает

„:постоянную .составляюшую модулирован1 н01о сигнала Далее модулированный сигнал усиливается усилителем б переменного тока, Введение на выходе усилителя переменного тока усилительного каскада 12 с глубокой об ратной связью обеспечивает малое выходное сопротивление усилительного каскада, 3ro приводит к тому, что на конденсаторе 8 происходит запоминание мгновенного значения выход р ного напряжения усилительного каскада, предшествующего моменту размыкания ключевого МДП-транзистора 9.

Это позволяет избежать вредный эффект усреднения паразитных импульсов мо > дулятора. Введенный в усилитель одновибратор 13 обеспечивает формирование более коротких (по сравнению с импульсами генератора 11) импульсов, отпирающих ключевой МДП-транзистор 9, благодаря чему он размыкается до возникновения паразитного импульса, который обусловлен задним фронтом импульса, управляющего ключевым двухзатворным МДП-транзистором 3, а замыкается после окончания импульса вызванного передним фронтом.

При этом полностью исключается демодуляция параэитных импульсов, а значит и составляющие Е и dEo/dT, обусловленные параэитными импульсами.

Между стоком и истоком МДП-транзистора 3 введена тепловая связь с малым тепловым сопротивлением, что обеспечивает выравнивающие температур и снижение термо-ЭДС.

Электростатический экран 16 предотвращает проникновение импульсов управления через емкость монтажа в канал усилителя б переменного тока и их демодуляцию, т, е. появление

40 постоянной составляющей на выходе при входном сигнале, равной нулю.

Генератор 11 управляющих импульсов рассчитан на работу с большой скважностью, что обеспечивает замы45 кание ключевых МДП-транзисторов 3 и 9 лишь на небольшую часть периода.

Благодаря этому возрастает входное сопротивление усилителя на постоянном токе (пропорционально скважности

gp импульсов), увеличивается запас. устойчивости операционного усилителя и одновременно расширяется полоса пропускания МДП вЂ канала, так как в большую часть периода ключи ра55 зомкнуты, и следовательно, канал

МДП пропускают сигнал как усилитель низкой частоты. В этом одно из принципиальных отличий предлагаемой схемы от принятого за прототип и других аналогичных схем с применением большой скважности управляющих импульсов.

Сглаженное фильтром низкочастот ное напряжение поступает на неинвертирующий вход основного дифференци6 ального операционного усилителя 1.

705463

Формула изобретения

Составитель С. Белан

Редактор Ю. Челюканов Техред Н. Ковалева Корректор r . .Решетник

Заказ 8032/52 Тираж 780 Подписйое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, r.ÓæãoðîË, ул,Проектная,4

С помощью этого усилителя происходит сложение низкочастотной составляющей сигнала с высокочастотной составляющей, поступающей на инвертирующий вход через RC-фильтр 17 и их дальнейшее усиление. 5

Высокая эффективность усилителя смещение нуля удалось снизить с

50-100 до 0,5-1,0 мкВ, температурный дрейф напряжения смещения нуля с

0,5-1,0 до 0,01-0,03 мкВ/К; входной ток с 200-100 до 2-1 пА; температурный дрейф входного тока с 0,5-1,0 до 0,03-0,1 пА/ К; увеличить входное сопротивление с 200 до 5-10 Мом, произведение полосы пропускания МДМ кана15 ла на его коэфФициент усиления с

5-10 до 100-800 гЦ. Полученные результаты удалось достигнуть s равных условиях, т,е. при одинаковых используемых элементах, входящих в схему (эа исключением отличительных позиций) н при одинаковой частоте преобразования сигнала в канале МдМ.

Операционный усилитель, содержащий дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого через первый RC-фильтр подключен к входу усилителя, а неинвертирующий вход через второй RC-Фильтр соединен со стоком ключевого МДП-транзистора, исток которого связан с шиной нулевого потенциала, ключевой двухзатворный МДП-транзистор, подключеняый параллельно третьему RCфильтру, соединенному со входом уск-лителя переменного тока, и генератор управляющих импульсов, первый выход которого подключен к первому затвору ключевого двухзатворного

МДП-транзистора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и расширения полосы пропускания, в операционный усилитель введены элемент задержки, одновибратор, разделительный конденсатор, инвертор-формирователь и дополнительный усилительный каскад вход которого подключен к выходу усилителя переменного тока, а выход через разделительный конденсатор — к стоку ключевого МДП-транзистора, затвор которого через последовательно соединенные одновибратор и элемент задержки подключен ко второму выходу генератора управляющих импульсов, третий выход которого через инвертор-формирователь связан со вторым затвором ключевого двухзатворного МДП-транзистора, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Проектирование и применение операционных усилителей, под ред.

Дж,Грэма и др °, М., Мир, 1974, с.172-186.

2. Гальперин М.A. и др., Транзисторные усилители постоянного тока, М., Энергия, 1972, с,119-125.

3 ° Полонников Д.С., Решающие усилители, М,, Энергия, 1973,,с.163,