CS204603B1

CS204603B1 - Connection of the electronic transducer with the high input resistance

Info

Publication number: CS204603B1
Application number: CS188379A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1981-04-30

Description

Vynález se týká zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem, obsahujícího zesilovač s parametricky přepínaným výstupem a rozdílový zesilovač.The present invention relates to a high-resistance electronic inverter comprising a parametrically switched output amplifier and a differential amplifier.

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.In some devices, such as metering units, electronic measuring instruments, some automation equipment, or chemical instrumentation, it is necessary, for example, to convert the low-level DC signals into AC signals to switch the polarity of the amplifier gain. For this purpose, inverters, usually electronic ones, are also used, often referred to as phase detectors, balanced or balancing modulators, amplifiers with logically controlled gain polarity, and the like. For some applications of these electronic inverters, the input resistance must be high.

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.Known electronic inverters generally include a differential operational amplifier in which circuits with one or more of several semiconductor switches is transferring operational feedback network so that the circuit operates as either ^one inverting amplifier, switches or switching a non-inverting amplifier.

Obvody těchto elektronických střídačů jsou uspořádány tak, že odpor spínače v sepnutém stavu je součástí zpětnovazební sítě operačního zesilovače.The circuits of these electronic inverters are arranged such that the switch resistance in the closed state is part of the operational amplifier feedback network.

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.A common disadvantage of these electronic inverters is that they fully exhibit unfavorable real properties of the semiconductor switches, especially the switch resistance in the closed state and the dependence of this resistance on the ambient temperature and the applied voltage, which leads to inaccuracy and instability of amplifier amplification and of the entire electronic inverter.

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.Another disadvantage of most of these electronic. Inverters are their variable input resistance, which varies depending on whether the circuit is switched to negative or positive. In order to eliminate this disadvantage, it is then necessary to add a further circuit, usually containing other active elements, to the electronic inverter, which complicates and increases the cost of the device.

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.These disadvantages are largely overcome by the high-resistance electronic inverter circuit of the present invention, which is based on the non-inverting differential amplifier input being connected to the non-inverting operational amplifier input and the wiring input.

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.The advantage of connecting the electronic inverter according to the invention is that it suppresses the unfavorable real properties of the semiconductor switches, since the switch resistance in the closed state can be included in the direct branch of the operational amplifier. The large amplification of the operational amplifier in this circuit suppresses the influence of the real properties of the switch on a negligible degree.

Další výhodou zapojení elektronickéhoAnother advantage of wiring electronic

204803 střídače je jeho téměř nekonečný vstupní odpor, který podle typu použitého operačního zesilovače může dosáhnout hodnoty řádově až 10Ώ.204803 of the inverter is its almost infinite input resistance, which, depending on the type of operational amplifier used, can reach values of the order of up to 10Ώ.

Zapojení elektronického střídače s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese.The connection of the high-resistance electronic inverter according to the invention is schematically shown in the drawing.

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.The wiring is provided with input 1 and output 2. It includes an operational amplifier 3 provided with an inverting input 4 and a non-inverting input 5 and output 6. The wiring further comprises two switches 7, 8 each having a control input 9, a control circuit 10 with outputs 11 connected to their respective control inputs 9 of the individual switches 7, 8, a load resistor 12, a feedback resistor 13 and a common wiring 14. A common wiring conductor 14 is connected to the inverting input 4 of the operational amplifier 3 via a load resistor 12, and through an parallel combination of the first switch 7 and the series connection of the feedback resistor 13 and the second switch 8 the output 6 of the operational amplifier 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.The wiring also includes a differential amplifier 15, which may be a conventional wiring. The differential amplifier 15 is provided with an inverting input 16 and a non-inverting input 17 and an output 18, and preferably includes an operational amplifier 19 of the differential amplifier 15 to which an inverting input 4 is connected via an input resistor 20. The non-inverting input 5 of the differential amplifier 15 is connected to the non-inverting input 17 of the differential amplifier 15 and the output 6 of the operational amplifier 19 of the differential amplifier 15 to the output 18 of the differential amplifier 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.The inverting input 16 of the differential amplifier 15 is connected to point 22 between the feedback resistor 13 and the second switch 8. The output 18 of the differential amplifier 15 is connected to the output 2 of the wiring. The non-inverting input 17 of the differential amplifier 15 is connected to the non-inverting input 5 of the first operational amplifier.

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.It is characteristic of the operation of the electronic inverter according to the invention that either the first switch 7 is closed, while the second switch 8 is open, or that the first switch 7 is open and the second switch 8 is closed, with the switches 7 is controlled in a known manner by signals from the switch control circuit 10.

V případě, že je sepnut první spínač '7 a druhý spínač 8 je rozpojen, chová se zapojení jako neinvertující zesilovač, jehož výstupní napětíWhen the first switch 7 is closed and the second switch 8 is open, the circuit acts as a non-inverting amplifier whose output voltage

U₂ = Ui (U ₂ = U (

R₄ + 1) — u_xR₄ = U!,R ₄ + 1) - for _x R ₄ = 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 R₄hodnotu zpětnovazebního odporu 21 rozdílového zesilovače 15.R ₂ -j- R 3 R ₂ -f- R 3 where ui and au ₂ denote the input and output wiring voltage, R ₂ the feedback resistor value 13, R ₃ the input resistor value 20 and R ₄ the feedback resistor value 21 of the differential amplifier 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.Conversely, if the first switch 7 is opened and the second switch 8 is closed, the circuit acts as an inverting amplifier and its output voltage where Rj denotes the value of the load resistor 12 and the meaning of the other symbols is identical to their meaning in the previous case.

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:In the case where R 1 = R 2 = R ₃ == R and R ₄ = 2 R, where R is the selected resistance value, the operation of the electronic inverter connected according to the invention can be defined as follows:

Ui (první spínač 7 sepnut, druhý I spínač 8 rozpojen), ^{Ua —} I — Ui (první spínač 7 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut).Ui (first switch 7 closed, second I switch 8 open), ^{Ua -} I - Ui (first switch 7 open, second switch 8 closed).

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.The connection of the electronic inverter with high input resistance can be used advantageously in measuring technology as a synchronous rectifier, phase detector or as a balanced modulator or demodulator. It can be used in chemical instrumentation as a quality amplifier with controlled polarity gain.

Claims

Wiring an electronic inverter with high input resistance, equipped with input and output, comprising an operational amplifier equipped with inverting and non-inverting input and output, two switches each having a control input, a switch control circuit provided with outputs connected to their respective control inputs of each switch resistance, feedback resistor and common conductor, when the common wiring conductor is connected to the inverting input of the operational amplifier via a load resistor, on the other hand through a parallel combination of the first switch and the feedback feedback and the second switch input and output, where the inverting input of the differential amplifier is connected to the point between the feedback resistor and the second switch, the output of the differential amplifier The non-inverting input (17) of the differential amplifier (15) is connected to the non-inverting input (5) of the operational amplifier (3) and to the input (1).