CS204603B1 - Zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem, obsahujícího zesilovač s parametricky přepínaným výstupem a rozdílový zesilovač.

V některých zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumentaci, je nutno, například za účelem převedení stejnosměrných signálů malých úrovní na signály střídavé, přepínat polaritu Zesílení zesilovače. K těmto účelům se používá střídačů, zpravidla elektronických, které jsou často uváděny rovněž pod názvy fázový detektor, vyvážený, případně balanční modulátor, zesilovač s logicky ovládanou polaritou zesílení a podobně. Pro některé aplikace těchto elektronických střídačů je nutné, aby vstupní odpor byl vysoký.

Známé elektronické střídače zpravidla obsahují rozdílový operační zesilovač, v jehož obvodech se pomocí jednoho nebo častěji několika polovodičových spínačů přepojuje operační zpětnovazební síť tak, že obvod pracuje bud¹ jako invertující zesilovač, nebo po přepnutí spínačů jako neínvertující zesilovač.

Obvody těchto elektronických střídačů jsou uspořádány tak, že odpor spínače v sepnutém stavu je součástí zpětnovazební sítě operačního zesilovače.

Společnou nevýhodou zmíněných elektronických střídačů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastností 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 elektronického střídače.

Další nevýhodou většiny těchto elektronických. střídačů je jejich proměnný vstupní odpor, který se mění v závislosti na tom, zda je obvod přepnut na záporný nebo na kladný přenos. Za účelem eliminace této nevýhody je pak nutno před zmíněný elektronický střídač předřadit další obvod>zpravidla obsahující další aktivní prvky, což komplikuje a zdražuje celé zařízení.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem podle vynálezu, jehož podstatou je, že neinvertující vstup rozdílového zesilovače je připojen k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače a ke vstupu zapojení.

Výhodou zapojení elektronického střídače podle vynálezu je, že jsou u něj potlačeny nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů, poněvadž odpor spínače v sepnutém stavu lze zahrnout do přímé větve operačního zesilovače. Velké zesílení operačního zesilovače v tomto zapojení potlačuje vliv reálných vlastností spínače na zanedbatelnou míru.

Další výhodou zapojení elektronického

204803 střídače je jeho téměř nekonečný vstupní odpor, který podle typu použitého operačního zesilovače může dosáhnout hodnoty řádově až 10Ώ.

Zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese.

Zapojení je opatřeno vstupem 1 a výstupem 2. Obsahuje operační zesilovač 3, opatřený invertujícím vstupem 4 a neinvertújícím vstupem 5 a výstupem 6. Zapojení dále obsahuje dva spínače 7, 8, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem 9, řídicí obvod 10 spínačů opatřený výstupy 11 připojenými k jim příslušným řídicím vstupům 9 jednotlivých spínačů 7, 8, zatěžovací odpor 12, zpětnovazební odpor 13 a společný vodič 14 zapojení. K invertujícímu vstupu 4 operačního zesilovače 3 je jednak přes zatěžovací odpor 12 připojen společný vodič 14 zapojení, jednak přes paralelní kombinaci prvního spínače 7 a sériového zapojení zpětnovazebního odporu 13 a druhého spínače 8 výstup 6 operačního zesilovače 3.

Zapojení rovněž obsahuje rozdílový zesilovač 15, který může být běžného zapojení. Rozdílový zesilovač 15 je opatřen invertujícím vstupem 16 a neinvertujícím vstupem 17 a výstupem 18 a s výhodou obsahuje operační zesilovač 19 rozdílového zesilovače 15, k jehož invertujícímu vstupu 4 je jednak připojen přes vstupní odpor 20 invertující vstup 16 rozdílového zesilovače 15, jednak přes zpětnovazební odpor 21 rozdílového zesilovače 15 výstup 6 operačního zesilovače 19 rozdílového zesilovače 15. Neinvertující vstup 5 operačního zesilovače 19 rozdílového zesilovače 15 je připojen k neinvertujícímu vstupu 17 rozdílového zesilovače 15 a výstup 6 operačního zesilovače 19 rozdílového zesilovače 15 k výstupu 18 rozdílového zesilovače 15.

Invertující vstup 16 rozdílového zesilovače 15 je připojen do bodu 22 mezi zpětnovazebním odporem 13 a druhým spínačem 8, Výstup 18 rozdílového zesilovače 15 je připojen k výstupu 2 zapojení. Neinvertující vstup 17 rozdílového zesilovače 15 je připojen k neinvertujícímu vstupu 5 prvního operačního zesilovače.

Pro činnost elektronického střídače podle vynálezu, je příznačné, že je buď sepnut první spínač 7, kdežto druhý spínač 8 je rozpojen, nebo, že naopak první spínač 7 je rozpojen a druhý spínač 8 je sepnut, přičemž spínání, případně rozpojování spínačů 7, 8 je známým způsobem řízeno signály z řídicího obvodu 10 spínačů.

V případě, že je sepnut první spínač '7 a druhý spínač 8 je rozpojen, chová se zapojení jako neinvertující zesilovač, jehož výstupní napětí

U₂ = Ui (

R₄ + 1) — u_xR₄ = U!,

R₂ -j- R3 R₂ -f- R3 kde ui a u₂ značí vstupní a výstupní napětí zapojení, R₂ hodnotu zpětnovazebního odporu 13, R₃ hodnotu vstupního odporu 20 a R₄ hodnotu zpětnovazebního odporu 21 rozdílového zesilovače 15.

Je-li naopak první spínač 7 rozpojen a druhý spínač 8 sepnut, chová se zapojení jako invertující zesilovač a jeho výstupní napětí kde Rj značí hodnotu zatěžovacího odporu 12 a význam ostatních symbolů je totožný s jejich významem v předcházejícím případě.

V případě, že platí Rj = R2 = R₃==R a R₄ = 2R, kde R značí zvolenou hodnotu odporu, lze činnost elektronického střídače zapojeného podle vynálezu definovat takto:

Ui (první spínač 7 sepnut, druhý I spínač 8 rozpojen), ^{Ua —} I — Ui (první spínač 7 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut).

Zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem lze použít s výhodou v měřicí technice jako synchronního usměrňovače, fázového detektoru nebo jako vyváženého modulátoru či demodulátoru. V chemické instrumentaci může najít uplatnění jako kvalitní zesilovač s řízenou polaritou zesílení.

Claims (1)

1. Zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem, opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy připojenými k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, zatěžovací odpor, zpětnovazební odpor a společný vodič, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je jednak přes zatěžovací odpor připojen společný vodič zapojení, jednak přes paralelní kombinaci prvního spínače a sériového zapojení zpětnovazebního odporu a druhého spínače výstup operačního zesilovače, a rozdílový zesilovač opatřený invertujícím vstupem, neinvertujícím vstupem a výstupem, přičemž invertující vstup rozdílového zesilovače je připojen do bodu mezi zpětnovazebním odporem a druhým spínačem, výstup rozdílového zesilovače je připojen k výstupu zapojení, vyznačující se tím, že neinvertující vstup (17) rozdílového zesilovače (15) jé připojen k neinvertujícímu vstupu (5) operačního zesilovače (3) a ke vstupu (1).