CS202934B1

CS202934B1 - Connection of the balanced modulator with high input resistance

Info

Publication number: CS202934B1
Application number: CS186879A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1981-02-27

Description

Vynález se týká zapojení vyváženého modulátoru s velkým vstupním odporem.The invention relates to a balanced modulator with a high input resistance.

V některých zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá _: zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumenta ci se vyskytuje potřeba konstrukce modulátoru, ve kterém má nosný signál tvar. pravoúhlých periodických kmitů.In some devices, such as metering units, electronic measuring instruments, some _: automation equipment or chemical instrumentation, there is a need for a modulator design in which the carrier signal is shaped. orthogonal periodic oscillations.

K těmto účelům se používá vyvážených modulátorů, které jsou zejména v poslední době konstruovány prakticky pouze na bázi elektronických prvků. Tyto elektronické vyvážené modulátory jsou často uváděny rovněž pod názvy fázový detektor, synchronní usměrňovač, usměrňovač citlivý na fázi, balanční modulátor či demodulátor nebo střídač, podle účelu použití. Někdy se o těchto zařízeních hovoří jako o. zesilovačích s řízenou polaritou zesílení.Balanced modulators are used for these purposes, which have been constructed almost exclusively on the basis of electronic components, especially recently. These electronic balanced modulators are also often referred to as phase detectors, synchronous rectifiers, phase sensitive rectifiers, balancing modulators or demodulators or inverters, depending on the application. These devices are sometimes referred to as amplified polarity-controlled amplifiers.

Je známa celá řada nejrůznějších zapojení vyvážených modulátorů, přičemž ke konstrukci kvalitních vyvážených modulátorů se v poslední době používá operačních zesilovačů. Obecným· znakem těchto vyvážených modulátorů je přepínání zpětnovazební odporové sítě operačního zesilovače tak, že. obvod pracuje buď jako neinvertující zesilovač, nebo po přepojení · zpětnovazební sítě jako zesilovač invertující. Přepojování zpětnovazební sítě operačního zesilovače ‘se provádí jedním nebo častěji dvěma polovodičovými spínači. Obvody těchto vyvážených modulátorů jsou uspořádány tak, že odpor spínače v sepnutém stavu je součástí zpětnovazební sítě operačního zesilovače.A wide variety of balanced modulator connections are known, and opamps have recently been used to design high quality balanced modulators. The general feature of these balanced modulators is to switch the feedback network of the operational amplifier so that. the circuit works either as a non-inverting amplifier or after switching the feedback network as an inverting amplifier. The switching of the operational amplifier feedback network ‘is done by one or more often by two semiconductor switches. The circuits of these balanced modulators are arranged such that the on-state switch resistance is part of the opamp feedback network.

Společnou nevýhodou zmíněných elektronických vyvážených modulátorů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů, především odpor spínačů v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na okolní-teplotě a na přiloženém napětí, což vede k nepřesnosti a nestabilitě zesílení zesilovače a tím i celého vyváženého modulátoru, -: ·The common disadvantage of these electronic balanced modulators is that they fully exhibit unfavorable real properties of the semiconductor switches, especially the resistance of the switches in the closed state and the dependence of this resistance on ambient temperature and applied voltage, resulting in inaccuracy and instability of amplifier amplification and thus the whole balanced modulator -

Dalšínevýhodou většiny těchto·: vyvážet ných modulátorů je jejich proměnný ,· a: .pro některé aplikace i malý vstupní odpor, kte_vrý se mění v závislosti na jom, zda je:•obvod přepnut na, kladný nebo na záporný.přenos. Za účelem: eliminace těchto nevýhod je pak nutno před zmíněný vyvážený modulátor předřadit další obvod, zpravidla,obsahující další aktivní prvky, což; komplikuje a zdražuje celé zařízení.; , ·· Dalšínevýhodou most of these: export NYCHA modulators is their variable · A: For some applications even a small input resistance, who _in rice varies depending on Yom whether: • the circuit is switched on, positive or záporný.přenos. In order to: eliminate these disadvantages, it is then necessary to add a further circuit, usually comprising additional active elements, upstream of said balanced modulator; complicates and makes the whole device more expensive; , ·

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení vyváženého:. modulátoru s velkým vstupním ;.odporem podle vynálezu, jehož podstatou : je, že , k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače prvního zesilovačeThese disadvantages are largely eliminated by engaging a balanced :. a large input resistor modulator according to the invention, which is based on the fact that to the non-inverting input of the operational amplifier of the first amplifier

292934 s' patariietricky přepínaným výstupem je připojen vstup zapojepi, j$yeítujipí 'y$tppy Operačních zesilQvapů prvního a druhého zesilovače s parametrový p,řppíp^p,ýfp výstupem jsep navzájem'’ pťppp jepy přps odpor, místa mezi zpětnovazebním odporem a druhým spínačem obou zesilovačů s parametricky přepínaným výstupem jsou navzájem propojena a připojena k výstupu zapojení, přičemž k řídicímu vstupu druhého spínače prvního zesilovače a k řídicímu vstupu prvního spínače druhého zesilovače je připojen první výstup řídicího' obvodu spínačů a k řídicímu vstupu prvního spínače prvního zesilovače a k řídicímu vstupu druhého spínače druhého zesilovače druhý výstup řídicího obvodu spínačů, když neinvertující vstup operačního zesilovače druhého zesilovače s parametricky přepínaným výstupem je připojen ke sp.plepnému vodiči.292934 with a patariometric switch output, the input is connected when it is connected to the operational amplifiers of the first and second amplifiers with the parameter p, ips, p, ips output to each other, the ips to the ips, the resistance between the feedback resistor and the second switch both of the parametrically switched output amplifiers are coupled to each other and connected to the wiring output, wherein a first switch control circuit output and a first switch first control switch input and a second switch control input are coupled to the second amplifier switch control input and the first amplifier switch control input. second amplifier, the second output of the switch control circuit when the non-inverting input of the second amplifier with a parametrically switched output is connected to the spp.

Výhodou zapojení vyváženého modulátoru podle vynálezu je, že umožňuje dosáhnout teoreticky nekonečného vstupního odporu. Podle druhu použitého operačního zesilovače dosahuje v praxi vstupní odpor zapojení hodnot až ΙΟ⁹ Ω.The advantage of connecting a balanced modulator according to the invention is that it makes it possible to achieve a theoretically infinite input resistance. Depending on the type of operational amplifier used, the input resistance in practice is up to ΙΟ ⁹ Ω.

‘ Výhodou rovněž jé, že přesnost modulátoru závisí pouze na třech odporech.Ou Another advantage is that the modulator accuracy depends only on three resistors.

Další výhodou zapojení podle vynálezu je, že vliv reálných yl&^np§tí pqlpypfličpyých spínačů, zejména jejích odpor v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na přiloženém napětí, je kompenzován tím, že výstup obou zesilovačů s parametricky přepínaným výstupem je až za polovodičovými spínači. Odpor polovodičových spínačů v sepnutém stavu je potlačen velkým zesílením prvního, případně druhého operačního zesilovače. Tímto způsobem je rovněž potlačeno zbytkové napětí, nelinearita, Časová a teplotní nestabilita polovodičových spínačů v sepnutém stavu. Větší počet spínačů nezvýší náklady na zařízení, neboť spínače jsou společně s řídicím obvodem vyráběny jako monolitické nebo hybridní integrované obvody, přičemž v jednpm pouzdru jsou minimálně Čtyři spínače.A further advantage of the circuitry according to the invention is that the effect of the real switching of the flip-flop switches, in particular its closed-state resistance and the dependence of this resistance on the applied voltage, is compensated by the output of both amplifiers with parametrically switched output after the semiconductor switches. The resistance of the semiconductor switches in the closed state is suppressed by a large amplification of the first or second operational amplifier. In this way the residual voltage, non-linearity, time and temperature instability of the semiconductor switches in the closed state are also suppressed. A greater number of switches will not increase the cost of the device, since the switches together with the control circuit are manufactured as monolithic or hybrid integrated circuits, with at least four switches in one housing.

Zapojeni vyváženého modulátoru je schematicky znázorněno na výkrese.The wiring of the balanced modulator is schematically shown in the drawing.

Zapojení je opatřeno vstupem 1, výstupem 2 a Společným vodičem 3, a zahrnuje dva zesilovače 4, 5 s parametricky přepínanými výstupy, z nichž každý obsahuje operační zesilovač 6, k jehož invertujícímu vstupu 7 je přes první spínač 8 připojen výstup 9 operačního zesilovače 6 a přes zpětnovazební odpor 10 a druhý spínač 11 rovněž výstup 9 operačního zesilovače 8. Všechny spínače 8, 11 jsou opatřeny řídicími vstupy 12. Zapojení dále obsahuje řídicí obvod: 13 spínačů 8, 11, který je opatřen dvěma výstupy 14, 15. K neinveítujícímu vstupu 16 operačního zesilovače 6 prvního zesilovače 4 s parametricky přepínaným výstupem je připojen vstup 1 zapojení a invertující vstupy 7 pperačních zesijpyáči prvního ρ druhého ?'esilov^pe 4, 5 § parapie tričky přppínpnýín výstupem jsou navzájem propojeny přes ódipístpzpětnovazebním odpprp^ ip $ drahým spínačem 11 obou zesilovačů 4, 5 s parametricky přepínaným výstupem jsou navzájem propojena a připojena k výstupu 2 zapojení. K řídicímu vstupu 12 druhého spínače |1 prvního zesilovače 4 a k řídicímu vstupu 12 prvního $ dýuhého zesilovače 5 je připojen první výsjup, M řídicího obvodu 13 spínačů 8, 11 p k řídicímu vstupu 12 prvního spínače 8 prypíhá zesilovače 4 a k řídicímu vstupu 12 druhého spínače 11 druhého zesilovače 5 je připojen druhý výstup 15 řídicího obvodu 13 spínačůThe wiring is provided with an input 1, an output 2 and a common conductor 3, and comprises two amplifiers 4, 5 with parametrically switched outputs, each comprising an operational amplifier 6, to whose inverting input 7 the output 9 of the operational amplifier 6 is connected via a first switch 8; via the feedback resistor 10 and the second switch 11 also the output 9 of the operational amplifier 8. All the switches 8, 11 are provided with control inputs 12. The circuit further comprises a control circuit 13 of the switches 8, 11 which is provided with two outputs 14, 15. 16 of the operational amplifier 6 of the first amplifier 4 with a parametrically switched output is connected to the input 1 and the inverting inputs 7 of the pper-amp amplifiers of the first amplifier 4, 5 are connected to each other via an output piston feedback buffer. of both amplifiers 4, 5 s parametrically switched M outputs are interconnected and connected to the output connections 2. A first ejection is connected to the control input 12 of the second amplifier 5 and to the control input 12 of the first amplifier 5, the control circuit 13 of the switches 8, 11 p extends to the control input 12 of the first switch 8 and to the control input 12 of the second switch 11. the second output 15 of the switch control circuit 13 is connected

8, 11. Neinvertující vstup 16 operačního zesilovače 6 druhého zesilovače 5 s jparáměťricky přepínaným výstupem je připojen ke společnému vpdiči 3.8, 11. The non-inverting input 16 of the operational amplifier 6 of the second amplifier 5 with a parameter-switched output is connected to the common sub-receiver 3.

Při činnosti vyváženého modulátoru, zapojeného podle vynálezu, jsou sepnuty vždy buď druhý spínač 11 prvního zesilovače 4 a, první spínač 8 druhého zesilovače 5 s parametricky přepínaným výstupem, kdežto ostatní spínače 8, 11 jsou rozpojeny, nebo naopak druhý spínač 11 prvního zesilovače 4 a první spínač'6 druhého zesilovače 5 jsou rozpojeny, kdežto první spínač 8 prvního zesilovače 4 a druhý spínač 11 druhého zesilovače 5 jsou sepnuty. Přepínače 8, 11 jsou přepínány pomocí impulsů přivedených na jejich řídicí vstupy 12 z výstupů 14, 15 řídicího obvodu 13 známým způsobem.In operation of the balanced modulator connected according to the invention, either the second switch 11 of the first amplifier 4a, the first switch 8 of the second amplifier 5 with the parametrically switched output are closed, while the other switches 8, 11 are open or the second switch 11 of the first amplifier 4. the first switch 6 of the second amplifier 5 is open, while the first switch 8 of the first amplifier 4 and the second switch 11 of the second amplifier 5 are closed. The switches 8, 11 are switched by pulses applied to their control inputs 12 from the outputs 14, 15 of the control circuit 13 in a known manner.

V případě, že je rozpojen první spínač 8 prvního zesilovače 4 a druhý spínač 11 druhého zesilovače 5, kdežto ostatní spínače 8, 11 zesilovačů 4, 5 jsou sepnuty, chová se zapojení jako neinvertující zesilovač, neboť odpor 17 je přes zpětnou vazbu operačního zesilovače 8 druhého zesilovače 5 s pa·: rametricky přepínaným výstupem prakticky připojen na potenciál společného vodiče 3. Výstupní napětí pak jeIf the first switch 8 of the first amplifier 4 and the second switch 11 of the second amplifier 5 are opened, while the other switches 8, 11 of the amplifiers 4, 5 are closed, the circuit acts as a non-inverting amplifier since the resistor 17 is via feedback of the operational amplifier 8. The second amplifier 5 with a pa-ram switched output is practically connected to the potential of the common conductor 3. The output voltage is then

- C¹· -fr)**· kde U2 značí výstupní napětí, Ri hodnotu zpětnovazebního odporu 10 prvního zesilovače 4, R2 hodnotu odporu 17 a ui vstupní napětí.- C ¹ · -it) ** · where U2 denotes the output voltage value of the feedback resistor R 10 of the first amplifier 4, the resistance value R2 and UI 17 input voltage.

Je-li naopak první spínač 8 prvního zesilovače 4 a druhý spínač 11 druhého zesilovače 5 sepnut, kdežto druhý spínač 11 prvního zesilovače 4 a první spínač 8 druhého zesilovače 5 jsou rozpojeny, chová se zapojení jako invertující zesilovač a jeho výstupní napětí je kde U2 a ui značí opět výstupní a vstupní napětí, R2 hodnotu odporu 17 a Rs hodnotu zpětnovazebního odporu 10.Conversely, if the first switch 8 of the first amplifier 4 and the second switch 11 of the second amplifier 5 are closed, while the second switch 11 of the first amplifier 4 and the first switch 8 of the second amplifier 5 are open, the circuit acts as an inverting amplifier and its output voltage is where ui denotes again the output and input voltages, R2 the value of the resistance 17 and Rs the value of the feedback resistance 10.

Platí-lí pro hodnoty odporů 10, 17 Ri = — (k—1) R, Rz = R, R3 = kR, přičemž k>l, lze činnost zapojení podle vynálezu jednoduše charakterizovat takto:If the resistance values are 10, 17 R1 = - (k-1) R, R2 = R, R3 = kR, where k> 1, the circuitry operation according to the invention can be easily characterized as follows:

kui (první spínač 8 prvního zesilovače 4 a druhý spínač 11 druhého zesilovače 5 rozpojeny, druhý spínač 11 prvního zesilovače 4 a první spínač 8 druhé_ ho zesilovače 5 sepnuty] ^U2 ~ -kui (první spínač. 8 prvního zesilovače 4 a druhý spínač 11 druhého zesilovače 5 sepnuty, druhý spínač. 11 prvního zesilovače 4 a první spínač 8 druhého ' zesilovače 5 rozpojeny), přičemž R značí zvolenou hodnotu odporu 17 a k zesílení zapojení.kui (first switch 8 of first amplifier 4 and second switch 11 of second amplifier 5 open, second switch 11 of first amplifier 4 and first switch 8 of second amplifier 5 closed] ^U2 -ki (first switch 8 of first amplifier 4 and second switch 11 of second The amplifier 5 is closed, the second switch 11 of the first amplifier 4 and the first switch 8 of the second amplifier 5 are open), R being the selected resistance value 17 and amplifying the wiring.

Zapojení vyváženého modulátoru s velkým vstupním odporem podle vynálezu lze použít v měřicí a přístrojové technice jako přesný střídač, synchronní usměrňovač, případně fázový detektor. V chemické instrumentaci může být výhodně použito jako elektronický zesilovač s logicky ovládanou polaritou zesílení.The connection of the balanced modulator with high input resistance according to the invention can be used in measuring and instrumentation as a precision inverter, synchronous rectifier or phase detector. In chemical instrumentation, it can advantageously be used as an electronic amplifier with logically controlled gain polarity.

Claims

SUBJECT

A high input resistance balanced modulator wiring with input, output, and common conductor, comprising two amplifiers with parametrically switched outputs, each containing an opamp, to which an op amp output is connected through the first switch, and a feedback resistor and a second switch via the first switch. also an operational amplifier output, all switches having control inputs and a two-output switch control circuit, characterized in that an input (1) is connected to the non-inverting input (16) of the operational amplifier (6) of the first amplifier (4) ), the inverting inputs (7) of the operational amplifiers (6) of the first and second amplifiers (4, 5) with a parametrically switched output are interconnected via a resistor (17), a location (18) between the feedback resistor (10) and the second switch (11) both amplifier The outputs (4, 5) with the parametrically switched output are interconnected and connected to the output (2) of the circuit, whereby to the control input (12) of the second switch (11) of the first amplifier (4) and control input (12J of the first switch the first output (14) of the control circuit (13) of the switches (8, 11) and to the control input (12) of the first switch (8) of the first amplifier (4) and to the control input (12) of the second switch (11) of the second the second output (15) of the control circuit (13) of the switches (8, 11) when the non-inverting input (16) of the operational amplifier (6) of the second amplifier (5) is connected to a common conductor (3).