CS205828B1 - Zapojení usměrňovače citlivého na fázi - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení usměrňovače citlivého na fázi.

: V některých zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá zařízeňí aútomatizaění techniky, případně v chemické instrumentaci, je nutno za účelem například usměrnění střídavých elektrických signálů malých úrovní přepínat polaritu zesílení zesilovače. Polaritu zesílení zesilovače je v tomto případě nutno přepínat synchronně s ovládacím signálem.

K těmto účelům se používá usměrňovačů citlivých na fázi, které jsou zejména v poslední době konstruovány prakticky pouze na bázi elektronických prvků. Tyto elektronické usměrňovače citlivé na fázi jsou často uváděny rovněž pod názvem fázový detektor. Uspořádání obvodu je však shodné i s dalšími obvody známými pod názvy vyvážený nebo balanční modulátor či demodulátor nebo střídač. Někdy se také hovoří v této souvislosti o zesilovačích s řízenou polaritou zesílení. Jednotlivé obvody se odlišují jen tím, jaké jsou vlastnosti vstupního a řídicího signálu, a které spektrální složky výstupního signálu využíváme.

Je známa celá řada nejrůznějších zapojení usměrňovačů citlivých na fázi, přičemž ke konstrukci kvalitních usměrňovačů citlivých na fázi se v poslední době používá operačních zesilovačů. Obecným znakem těchto usměrňovačů 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 spínáči. Obvody těchto elektronických usměrňovačů citlivých na fázi jsou uspořádány tak, že odpor spínače v iáje- . pnutém stavu je souěástí zpětnovazební sítě operačního zesilovače. 1 } Společnou nevýhodou zmíněných elektronických usměrňovačů citlivých na fázi 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 nestaj bilitě zesílení zesilovače, a tím i celého usměrňovače.

• Další nevýhodou většiny těchto usměrňovačů citlivých na fázi je jejich proměnný a pro některé aplikace , ' i příliš nízký vstupní odpor, který se mění v závislosti na tom, zda je obvod přepnut na kladný nebo na ^!

Žápornýjpřenos. Za účelem eliminace této nevýhody je pak nutno před zmíněný_usměrňovač citlivý na fázi i

205828i

........................................... ........................................ 205 828 .

předřadit další obvod, obsahující zpravidla další aktivní prvky, což vede ke komplikaci a zdražení celého· zařízení.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení usměrňovače citlivého na fázi podle vynálezu, jehož ' podstatou je, že první vstup rozdílového zesilovače je připojen mezi první zpětnovazební odpor a první spínač a druhý vstup rozdílového zesilovače je připojen mezi druhý zpětnovazební odpor a druhý spínač,, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke vstupu zapojení a výstup rozdílového: zesilovače k výstupu zapojení.

Výhodou zapojení usměrňovače citli vého na fázi podle vynálezu je, že se v něm neuplatňují reálné vlastnosti , polovodičových spínačů, poněvadž vstupy rozdílového zesilovače jsou připojeny až za spínače a velké i zesílení operačního zesilovače potlačuje napěťový ofset, časovou a teplotní nestabilitu, jakož i odpor polo- : vodičových spínačů v sepnutém stavu. «

Další výhodou zapojení podle vynálezu je, že vstupní odpor usměrňovače je, obdobně jako u neinvertu- i jícího zesilovače s operačním zesilovačem, téměř nekonečný. Podle druhu použitého operačního zesilovače dosahuje vstupní odpor hodnot řádově až ΪΟ^'Ω. _ _____

Zapojení usměrňovače citlivého na fázi podle vynálezu je znázorněno na výkrese. í

Zapojení je opatřeno vstupem 1 a výstupem 2 a obsahuje operační zesilovač 3. Operační zesilovač 3 je ! opatřen invertujícím vstupem 4 a neinvertujícím vstupem 5 a výstupem 6. Zapojení rovněž obsahuje dva spínače 7,8, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem 9 a řídicí obvod 10 spínačů 7, 8, opatřený výstupy 11, připojenými k jim příslušným řídicím vstupům 9 jednotlivých spínačů 7,8. Zapojení dále obsahuje odpor 12, dva zpětnovazební odpory 13, 14 a společný vodič 15. K invertujícímu vstupu 4 operačního zesilovače 3 je přeš odpor 12 připojen společný vodič 15. Rovněž k invertujícímu vstupu 4 operačního zesilovače 3 je přes první zpětnovazební odpor 13 a první spínač 7 a také přes druhý zpětnovazební odpor 14 a druhý spínač 8 připojen výstup 6 operačního zesilovače 3. Zapojení dále obsahuje rozdílový zesilovač 16, opatřený dvěma vstupy 17 a 17a a výstupem 18. Rozdílový zesilovač 16 může být běžného provedení a může například obsahovat druhý operační zesilovač 19, k jehož invertujícímu vstupu 4 je přes první vstupní odpor 20 připojen první vstup 17 rozdílového zesilovače 16 a přes Zpětnovazební odpor 21 výstup 18 rozdílového zesilovače 16, přičemž k neinvertujícímu vstupu 5 druhého operačního zesilovače 19 je připojen jednak přes druhý vstupní odpor 22 druhý vstup 17a rozdílového zesilovače 16, jednak přes zatěžovací odpor 23 společnýjyodič 15 zapojení. Výstup 6 druhého operačního zesilovače 19 je připojen k výstupu 18 rozdílového zesilovače 16.

První vstup 17 rozdílového zesilovače 16 je připojen mezi první zpětnovazební odpor 13 a první spínač 7, přičemž druhý vstup 17a rozdílového zesilovače 16 je připojen mezi druhý zpětnovazební odpor 14 a druhý i spínač 8. Neinvertující vstup 5 prvního operačního zesilovače 3 je připojen ke vštupuTzapojení a výstup 18 j rozdílového zesilovače 16 k výstupu 2 zapojení.

i Pro zapojení je charakteristické, že vždy je buď sepnut první spínač 7, kdežto druhý spínač 8 je rozpojen, nebo první spínač 7 je rozpojen a druhý spínač 8 je sepnut, přičemž oba spínače 7, 8 jsou řízeny známým způsobem signály z řídicího obvodu 10 spínačů 7, 8._ _ __ __________

Je-li první spínač 7 rozpojen a druhý spínač 8 sepnut, jé na druhém vstupu 17a rozdílového zesilovače 16 napětí w₄ o velikosti

V (r₂ + r₄)(r₆ + r₇) Rj R₂ + R₄/ r'₆(r₂ + R₄) + R₇(R₂ + #3 + ^4) ’ kde Rj značí hodnotu odporu 12, R₂ hodnotu prvního zpětnovazebního odporu 13, R₃ hodnotu druhého zpětnovazebního odporu 14, R₄ hodnotu prvního vstupního odporu 20, R₆ hodnotu druhého vstupního odporu 22, R₇ hodnotu zatěžovacího odporu 23 a u_í vstupní napětí. První zpětnovazební odpor 13 je v tomto případě součástí odporové sítě rozdílového zesilovače 16 a je k němu přiváděno vstupní napětí u_v Činnost rozdílového zesilovače 16 je běžně známa a není proto rozvedena. Lze ceikem snadno odvodit, že při shora uvedeném stavu spínačů 7,8 je na výstupu 6 druhého operačního zesilovače 19 a tím i ha výstupu 2 zapojení výstupní napětí ______

R,

R,

R, (r₂ + r₄) (r₆ + r₇) r₇

R<

^2 + ^4/ \^2 + ^4/ ^β(^2 + ^4) + ^7(^2 + ^3 + ^4) + ^7

R, + R₄ kde a w₂ značí vstupní a výstupní napětí zapojení ,R_t hodnotu odporu 12, R₂ hodnotu prvního zpětnovazebního odporu 13, R^ hodnotu druhého zpětnovazebního odporu 14, R₄ hodnotu prvního vstupního odporu 20, R₅ hodnotu zpětnovazebního odporu 21 rozdílového zesilovače 16 a R₆ hodnotu druhého vstupního odporu 22 a R₇ hodnotu zatěžovacího odporu 23.

205 828 . i ; Jestliže je naopak první spínač 7 sepnut a druhý spínač 8 rozpojen, je na první vstup 17 rozdílového zesilovače 16 přiváděno napětí l/q — M, I 1 + -Ϊ7-Γ \ + ^R6 + ^7)/ j Význam symbolů je totožný s významem symbolů v předcházejícím případě.

)' V tomto případě je nutno započítat do odporové sítě druhého operačního zesilovače 19 druhý zpětnovazební odpor 14, ke kterému je přiváděno napětí rovné vstupnímu napětí u_v i N tomto případě je na výstupu druhého operačního zesilovače 19 a tím i na výstupu 2 zapojení výstupní ; napětí _{u =} A + ^ + ^R>^Rs ~ ^R^ ⁺ M .

² [rS r, R_s(R₃ + R₆ + R₇) J í Význam symbolů je totožný s jejich významem v předcházejícím případě. Při vhodné dimenzaci prvků Ϊ i odporové sítě zapojení je možno jeho činnost jednoduše popsat vztahy: j f ku₁ (první spínač 7 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut) ² \-ku_l (první spínač 7 sepnut, druhý spínač 8 rozpojen), kde k značí přenos usměrňovače.

Nejjednodušší zapojení usměrňovače citlivého na fázi podle vynálezu s jednotkovým přenosem vznikne, platí-li:

R₂ = 00, R₂ = R₆ = 0, R₃ = R₄ = R_r &= R a R_s = 3R.

. Zapojení má jednotkový přenos také při hodnotách odporů

R_t = co, R₂ = R₃ = R^ — R₇ = R, R₅ = 1,5R a R₆ = 0.

Při R_t = R₂ — R₃ = R₄ = R₅ = R, R₆ = 0 a R₇ = R/2 má usměrňovač citlivý na fázi přenos k — 2. Usměrňovač citlivý na fázi má přenos k 1,5 + ^/2 v případě, že platí:

Rj = R₄ = R, R₂ = R₃ = nR, R₅ = mR, R₆ = 0 a R₇ = 00 . kde R značí zvolenou hodnotu odporu a n a m jsou koeficienty, pro které platí:

n = k — 1,5 + 0,5 ^/[(3 — 2k)² — 8] a m = (k + l)/n.

Pro přenos například k = 3 potom platí n = m = 2, nebo n = 1, m = 4.

Zapojení usměrňovače citlivého ma fázi je vhodné pro přesné přístrojové aplikace jako synchronní usměr^L ňovač malých elektrických signálů, nebo jako střídač či vyvážený modulátor nebo demodulátor. V chemické j instrumentaci má použití jako přesný zesilovač s přepínatelnou polaritou zesílení.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení usměrňovače citlivého na fázi 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, odpor, dva zpětnovazební odpory a společný vodič, když k invertujícímu vstupu operačního zesilovače je přes odpor připojen společný vodič a přes první zpětnovazební odpor a první spínač, a rovněž i , přes druhý zpětnovazební odpor a druhý spínač výstup operačního zesilovače a rozdílový zesilovač, opatřený ^z dvěma vstupy a výstupem, vyznačující se tím, že první vstup (17) rozdílového zesilovače (16) je připojen mezi první zpětnovazební odpor (13) a první spínač (7) a druhý vstup (17a) rozdílového zesilovače (16) je připojen mezi druhý zpětnovazební odpor (14) a druhý spínač (8), přičemž neinvertující vstup (5) operačního zesilovače (3) je připojen ke vstupu (1) zapojení a výstup (18) rozdílového zesilovače (16) k výstupu (2) zapojení.