CS195509B1

CS195509B1 - Zapojení teplotně kompenzačního zesilovače

Info

Publication number: CS195509B1
Application number: CS525277A
Authority: CS
Inventors: Antonin Suchop; Miroslav Volny
Original assignee: Antonin Suchop; Miroslav Volny
Priority date: 1977-08-09
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1980-02-29

Abstract

Vynález se týká zapojení teplotně kompenzačního zesilovače pro změnu velikostí zesílení zesilovače střídavého napětí v závislosti na změnách referenčního napětí tak, aby změna velikostí zesílení zesilovače byla nepřímo úměrná změně velikostí referenčního napětí. Tím se dosahuje zesílení vstupního střídavého napětí zesilovače se současnou kompenzací jeho změn, způsobených kolísáním referenčního napětí, od kterého je vstupní napětí zesilovače odvozeno.

Description

V současnosti se používá řada zapojení kompenzačních zesilovačů s různými principy kompenzace. Většina zapojení řeší kompenzaci na principu odečítání střídavého vstupního napětí s proporcionální částí referenčního napětí, úměrnou součinu výstupního napětí zesilovače a referenčního napětí. Napětového součinu se dosahuje pomocí různých typů elektronických násobiček, využívajících ke své činnosti různých druhů polovodičových prvků. K zabezpečení linearity a stability zesilovače musí obvody násobičky pracovat s vysokou linearitou, velkou teplotní stabilitou a musí obsahovat zařízení zabezpečující nulové výstupní napětí násobičky při nulové hodnotě zesilovaného napětí. Tato zařízení jsou značně složitá. Složitost zapojení zvyšuje, četnost poruch a způsobuje, že se zvyšováním přesností a stability zařízení roste jeho cena.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení teplotně kompenzačního zesilovače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že první svorka zdroje měření střídavé veličiny je přes první kondenzátor a první odpor současně s druhou svorkou zdroje referenčního signálu přes druhý odpor připojena na neínvertující vstup operačního zesilovače, jehož výstup je přes druhý kondenzátor zapojen na výstupní svorku a současně přes třetí odpor na vstup integrátoru, na který je rovněž připojena přes čtvrtý odpor třetí svorka zdroje normálového signálu, přičemž výstup integrátoru je přes polem řízený tranzistor připojen na invertující vstup operačního zesilovače.

Podstatou činnosti je zapojení tranzistoru polem řízeného do obvodu zpětné vazby operačního zesilovače, který pracuje současně jako střídavý i stejnosměrný zesilovač. Zesilovač zesiluje užitečné střídavé napětí a současně usměrněné referenční napětí.

Na výstupu zesilovače se zesílená napětí oddělují. Zesílené stejnosměrné referenční napětí se přivádí na vstup integrátoru, kde se porovnává nebo odečítá se stejnosměrným normálovým napětím.

Při kolísání referenčního napětí od normální hodnoty vzniká na vstupu integrátoru chybové napětí. Toto je integrátorem integrováno se změnou polarity tak, Že i velmi malé chybové napětí vyvolá na výstupu integrátoru s časem mnohonásobně větší napětí. Napětí z výstupu integrátoru je přivedeno na řídící elektrodu tranzistoru polem řízeného a mění hodnotu odporu jeho kanálu. Tím se mění zesílení zesilovače tak, že změna zesílení působí proti změně velikosti zesilovaného referenčního napětí.

Velikost odporu kanálu tranzistoru se mění do té hodnoty, při které zesílené referenční napětí na výstupu zesilovače dosáhne

1.95509 velikosti napětí normálového. Tehdy se ustálí výstupní napětí integrátoru na konstantní hodnotě. Zesilovač změnil své zesílení nepřímo úměrně ke změně referenčního napětí. Změna zesílení je stejná i pro zesilované užitečné napětí, které je tímto způsobem kompenzováno. Změny odporu kanálu tranzistoru polem řízeného, způsobené změnou teploty a stárnutím se kompenzují automaticky na stejném principu.

Uvedeným zapojením je možno odstranit složitou a drahou kompenzaci pomocí elektronických násobiček, podstatně zvýšit spolehlivost měřicích zesilovačů a zajistit požadovanou stabilitu nuly.

Na připojeném výkrese je schéma zapojení kompenzačního zesilovače. První svorka 14 zdroje měřené střídavé veličiny je přes první kondenzátor £ a první odpor £ současně s druhou svorkou 15 zdroje referenčního signálu přes druhý odpor _5 připojena na neinvertující vstup operačního zesilovače 1_. Výstup operačního zesilovače je přes druhý kondenzátor 10 zapojen na výstupní svorku 1 6 a současné přes třetí odpor 7_ na vstup integrátoru 2_. Na vstup integrátoru £ je rovněž připojena přes čtvrtý odpor 8. třetí svorka 13 zdroje normálového signálu.

Výstup integrátoru 2_ je přes polem řízený tranzistor £ připojen na invertující vstup operačního zesilovače 1. Na první svorku 14 je přivedeno zesilované střídavé napětí Ua. Nadruhou svorku 15 je přivedeno usměrněné referenční napětí Ur. Obě tato napětí jsou zesílena operačním zesilovačem 1_ se zesílením Au. Velikost zesílení je dána vztahem odpor 6

Au = - +1 ,

Rt kde Rt je odpor kanálu polem řízeného tranzistoru £. Velikost zesílení Au je stejná pro obě napětí na svorkách 1 4 a 1 5. Zesílené úměrné napětí se z výstupu operačního zesilovače £ přivádí přes třetí odpor 7_ na invertující vstup integrátoru 2_, kde se odečítá s normálovým napětím Un, což je stejnosměrné stabilizované napětí přivedené na třetí svorku 13 v opačné polaritě, než má referenční napětí na druhé svorce 15. Velikost napětí Un je nastavena na hodnotu danou vztahem

Un = U r o . Au o , kde. Uro je normální velikost usměrněného referenčního napětí a Auo je zesílení operačního zesilovače 1 při nulovém napětí na řídicí elektrodě tranzistoru 3_. Za předpokladu, že odpory 7_ a 8_ jsou stejné a na druhou svorku 15 je přivedeno referenční napětí velikosti Uro, dochází na invertujícím vstupu integrátoru £ k odečtení normálového napětí Un a zesíleného napětí Uro beze zbytku, na výstupu integrátoru bude nulové napětí.

Polem řízený tranzistor 3_ nemění odpor kanálu, zesílení operačního zesilovače 1_ bude mít velikost Auo. Změní-li se velikost referenčního napětí na hodnotu Ur, kde Ur = k . Uro a k je konstanta s velikostí k i 1, potom napětí na výstupu operačního zesilovače £ bude mít v prvním okamžiku velikost Auo . k . Uro, Na vstupu integrátoru _2 vznikne chybové napětí A U, jéhož velikost udává pro první okamžik vztah:

Claims

PŘEDMĚT V

Zapojení teplotně kompenzačního zesilovače střídavých signálů, vyznačené tím, že první svorka /14/ zdroje měřené střídavé

A U = /k - 1/ . Auo . Uro .

Chybové .napětí ŮU je integrováno integrátorem
2. Na jeho výstupu se vytváří integrované napětí Ut, které řídí velikost odporu Rt kanálu polem řízeného tranzistoru 3_ v jeho řídicí elektrodě. Velikost napětí Ut je dána vztahem:

Ut =J/!íV dt

Se změnou velikosti odporu kanálu polem řízeného tranzistoru £ se současně mění zesílení operačního zesilovače £. Změna zesílení Au má opačný smysl než změna referenčního napětí Ur. Když se referenční napětí zvyšuje, zesílení se zmenšuje a opačně. Změna napětí Ut, odporu Rt a zesílení Au probíhá do té doby, dokud je na vstupu integrátoru 2_ chybové napětí Λ U, to znamená do okamžiku, kdy zesílené referenční napětí na výstupu operačního zesilovače 1 nedosáhne hodnoty Un. V tomto okamžiku zanikne na vstupu integrátoru £ chybové napětí A U a na výstupu integrátoru zůstane napětí Ut ustáleno na dosažené hodnotě. Velikost odporu Rt kanálu polem řízeného tranzistoru 3_ a velikost zesílení Au operačního zesilovače £ zůstanou ustáleny na dosažené hodnotě. Potom platí:

Au . Ur = Auo. Uro

Úpravou a dosazením dostaneme vztah:

Au _ Uro _ 1 ,

Auo Ur ” k který dokazuje, že změna zesílení operačního zesilovače J_ je nepřímo úměrná změně velikosti referenčního napětí. Střídavé užitečné napětí přiváděné na první svorku 14 je zesilováno operačním zesilovačem 1 se stejnou velikostí zesílení Au jako stejnosměrné referenční napětí Ur. Protože velikost zesílení Au se mění nepřímo úměrné se změnami velikosti referenčního napětí, je zesílené střídavé napětí Ua na výstupní svorce 16 kompenzováno. Změna odporu Rt kanálu polem řízeného tranzistoru 3., způsobená změnami teploty a stárnutím, způsobující změnu zesílení Au,má za následek vznik chybového napětí A U na vstupu integrátoru 2^.

Napětí Ut na výstupu integrátoru nastavuje v řídicí elektrodě polem řízeného tranzistoru J velikost odporu Rt jeho kanálu tak, že chybové napětí AU klesne na nulovou hodnotu a zesílení Au dosáhne stejné velikosti, jakou měl zesilovač před teplotní změnou. Tím je uvedené zapojení teplotně autostabilní a není třeba brát změnu teploty a stárnutí polem řízeného tranzistoru 3. do úvahy.

Zapojení zesilovače se způsobem kompenzace podle vynálezu je určeno v první řadě pro měrné zesilovače v oblasti regulační techniky, kde je potřeba zesilovat napětí z čidel snímajících různé fyzikální veličiny, přitom jsou čidla napájena nestabilizovaným střídavým napětím nebo proudem, ze kterého se odvozuje referenční napětí. Dále je možno vynález využívat všude tam, kde je požadován zesilovač s regulovatelným zesílením a stabilitou nastaveného zesílení nezávisle na změnách teploty. '

Y N Á L E Z. U veličiny je přes první kondenzátor /9/ a první odpor /4/ současně se druhou svorkou /15/ zdroje referenčního signálu přes druhý odpor /5/ připojena na neinvertující vstup operačního zesilovače /1/, jehož výstup je přes druhý kondenzátor /10/ zapojen na výstupní svorku /16/ a současně přes třetí odpor /7/ na vstup integrátoru /2/, na který je rovněž připojena přes čtvrtý odpor /8/ třetí svorka zdroje /13/ normálového signálu, přičemž výstup integrátoru /2/ je přes polem řízený tranzistor /3/ připojen na invertující vstup operačního zesilovače /1/.