CS205832B1

CS205832B1 - Connection of the electronic synchronnous rectifier with the great input resistance

Info

Publication number: CS205832B1
Application number: CS188479A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1981-05-29

Description

Vynález se týká zapojení elektronického synchronního usměrňovače s velkým vstupním odporem.The invention relates to an electronic synchronous rectifier with a high input resistance.

V některých zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumentaci, je nutno za účelem například synchronního usměrnění elektrických střídavých signálů malých úrovní, přepínat polaritu zesílení zesilovače. Polaritu zesílení zesilovače je v tomto případě nutno přepínat synchronně s řídicím signálem.In some devices, such as control panels, electronic measuring instruments, some automation equipment or chemical instrumentation, the amplification polarity of the amplifier must be switched in order, for example, to synchronize the rectification of small-level electrical AC signals. In this case, the amplifier polarity gain must be switched synchronously with the control signal.

K těmto účelům se používá synchronních usměrňovačů, které jsou zejména v poslední době konstruovány prakticky na bázi elektronických prvků. Tyto elektronické synchronní usměrňovače jsou po obvodové stránce shodné s obvody známými pod názvy detektor fázový, usměrňovač citlivý na fázi, vyvážený nebo i balanění modulátor či demodulátor nebo střídaě. Někdy se o těchto zařízeních hovoří jako o zesilovačích i s řízenou polaritou zesílení. Obvody se funkčně navzájem odlišují jen tím, jaké jsou vlastnosti vstupního ¹ a řídicího signálu, a které spektrální složky výstupního signálu využíváme.For this purpose, synchronous rectifiers are used, which have been constructed practically on the basis of electronic elements, especially recently. These electronic synchronous rectifiers are circumferentially identical to the circuits known as phase detector, phase sensitive rectifier, balanced or even modulator or demodulator or inverter. Sometimes these devices are referred to as amplifiers with controlled gain polarity. Circuits are functionally different from each other only by what are the properties of the input ¹ and control signal and which spectral components of the output signal are used.

Je známa celá řada nejrůznějších zapojení synchronních usměrňovačů, přičemž ke konstrukci kvalitních synchronních usměrňovačů se v poslední době používá operačních zesilovačů. Obecným znakem těchto ί synchronních 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 spínači. Obvody těchto elektronických synchronních usměrňovačů jsou uspořádány tak, že odpor | spínače v sepnutém stavu je součástí zpětnovazební sítě operačního zesilovače. i i Společnou nevýhodou zmíněných elektronických synchronních usměrňovačů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů, především odpor spínačů v sepnutém stávu a závislost tohoto odporu na okolní teplotě a na přiloženém napětí, což vede k nepřesnosti a nestabilitě zesílení zesilovače a tím i celého synchronního usměrňovače.A wide variety of synchronous rectifier circuits are known, and opaque amplifiers have recently been used to design high-quality synchronous rectifiers. The common feature of these β synchronous rectifiers is to switch the feedback resistor network of the operational amplifier so that the circuit either acts as a non-inverting amplifier or after switching the feedback network as an inverting amplifier. The operational amplifier feedback network is switched by one or more often two semiconductor switches. The circuits of these electronic synchronous rectifiers are arranged so that the resistance the switch in the closed state is part of the feedback network of the operational amplifier. ii The common disadvantage of the electronic synchronous rectifiers 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 gain; and the entire synchronous rectifier.

Další nevýhodou většiny těchto synchronních usměrňovačů je jejich proměnný vstupní odpor, který se mění v závislosti na tom, zdaje obvod přepnut na kladný nebo na záporný přenos. Za účelem eliminace tétoAnother disadvantage of most of these synchronous rectifiers is their variable input resistance, which varies depending on whether the circuit is switched to positive or negative transmission. In order to eliminate this

.......................________ nevýhody je pak nutno před zmíněný synchronní usměrňovač předřadit další'óbvod, zpravidla obsahujícíj další aktivní prvky, což komplikuje a zdražuje celé zařízení. \ > ““ iThe disadvantage of the synchronous rectifier is then to be connected upstream of the synchronous rectifier, usually containing further active elements, which complicates and increases the cost of the whole device. I> i

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení elektronického synchronního usměrňovače s velkým vstupním odporem podle vynálezu, jehož podstatou je, že druhý vstup rozdílového zesilovače je připojen; k invertujícímu vstupu operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke vstupu zapojení a výstup rozdílového zesilovače je připojen k výstupu Zapojení.These disadvantages are largely overcome by the high input resistance electronic synchronous rectifier circuit of the invention, which is based on the second input of the differential amplifier being connected; to the inverting input of the operational amplifier, wherein the non-inverting input of the operational amplifier is connected to the wiring input and the output of the differential amplifier is connected to the wiring output.

Výhodou zapojení elektronického synchronního usměrňovače s velkým vstupním odporem 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 spínače na zanedbatelnou míru.The advantage of connecting the electronic synchronous rectifier with high input resistance 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 switch to a negligible degree.

Další výhodou zapojení elektronického usměrňovače je jeho téměř nekonečný vstupní odpor, který podle typu použitého operačního zesilovače může dosáhnout hodnoty řádově až ΙΟ⁹ Ω.Another advantage of wiring the electronic rectifier is its almost infinite input resistance, which, depending on the type of operational amplifier used, can reach values of the order of ΙΟ ⁹ Ω.

Zapojení elektronického synchronního usměrňovače s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese.The wiring of the high-resistance electronic synchronous rectifier according to the invention is schematically shown in the drawing.

Zapojení je opatřeno vstupem 1 a výstupem 2 a obsahuje operační zesilovač 3. Operační zesilovač 3 jeř opatřen ínvertujícím vstupem 4 a neinvertujícím 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. _: jThe wiring is provided with an input 1 and an output 2 and includes an operational amplifier 3. The operational amplifier 3 is provided with an inverter input 4 and a noninverting input 5 and an output 6. The wiring further comprises two switches 7, 8 each having a control input 9, a control circuit. 10 switches provided 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. _: j

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 dvěma vstupy 16,17 a výstupem 18 a s výhodou obsahuje druhý operační zesilovač 19, k jehož invertujícímu vstupu 4 je jednak připojen přes’ vstupní odpor 20 první vstup 16 rozdílového zesilovače 15, jednak přes zpětnovazební odpor 21 rozdílového zesilovače 15 výstup 6 druhého operačního zesilovače 19. Neinvertující vstup 5 druhého operačního zesilovače 19 je připojen ke druhému vstupu 17 rozdílového zesilovače 15 a výstup 6 druhého operačního zesilovače 19 k výstupu 18 rozdílového zesilovače 15. První vstup 16 rozdílového zesilovače 15 je připojen do místa 22 mezi zpětnovazebním odporem 13 a druhým spínačem 8.A common conductor 14 is connected to the inverting input 4 of the operational amplifier 3 via a load resistor 12, and through a parallel combination of the first switch 7 and the series connection of the feedback resistor 13 and the second switch 8 to the output 6 of the operational amplifier. can be normal wiring. The differential amplifier 15 is provided with two inputs 16, 17 and an output 18, and preferably includes a second operational amplifier 19, to whose inverting input 4 the first input 16 of the differential amplifier 15 is connected via an input resistor 20 and the output 21 of the differential amplifier 15 The non-inverting input 5 of the second operational amplifier 19 is connected to the second input 17 of the differential amplifier 15 and the output 6 of the second operational amplifier 19 to the output 18 of the differential amplifier 15. The first input 16 of the differential amplifier 15 is connected to the point 22 between the feedback 13 and the second switch 8.

Druhý vstup 17 rozdílového zesilovače 15 je připojen k invertujícímu vstupu 4 operačního zesilovače 3, přičemž výstup 18 rozdílového zesilovače 15 je připojen k výstupu 2 zapojení a neinvertující vstup 5 operačního zesilovače 3 ke vstupu 1 zapojení.The second input 17 of the differential amplifier 15 is connected to the inverting input 4 of the operational amplifier 3, wherein the output 18 of the differential amplifier 15 is connected to the output 2 of the wiring and the non-inverting input 5 of the operational amplifier 3 to the wiring input 1.

Pro činnost elektronického synchronního usměrňovače podle vynálezu je příznačné, že je bud 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 synchronous rectifier 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, controlled by signals from the switch control circuit 10 in a known manner.

V případě, že je sepnut první spínač 7 a druhý spínač 8 je rozpojen, chová se zapojení jako neinvertující zesilovač, jehož výstupní napětí m, = 11 +If the first switch 7 is closed and the second switch 8 is open, the circuit acts as a non-inverting amplifier whose output voltage m, = 11 +

RaRa

R-, + R-.R-, + R-.

y —-—Ri + R, kde Uj a u₂ značí vstupní a výstupní napětí zapojení, R₂ hodnotu zpětnovazebního odporu 13, R₃ hodnotu vstupního odporu 20 a hodnotu zpětnovazebního odporu 21 rozdílového zesilovače 15.γ-R 1 + R, where Uj au ₂ denotes the input and output voltages of the circuit, R _{2 the} value of the feedback resistor 13, R _{3 the} value of the input resistor 20 and the value of the feedback resistor 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 napětíConversely, if the first switch 7 is open and the second switch 8 is closed, the circuit acts as an inverting amplifier and its output voltage

i. R2 R4 Ul = u, 1 --^{2 R}1 ^R3 u₂ (první spínač 7 sepnut, druhý spínač 8 rozpojen) ; (první spínač 7 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut) kde R_x značí hodnotu zatěžovacího odporu 12 a význam ostatních symbolů je totožný s jejich významem v předcházejícím případě. ?i. R2 = R4 Ul u, from 1 to ^{2 R} 1 ^R 3 in ₂ (the first switch 7 is closed, the second switch 8 open); (first switch 7 open, second switch 8 closed) where R _x 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 R_t = R₂ = R₃ = R a R₄ = 2R, kde R značí zvolenou hodnotu odporu, lze činnost elektronického synchronního usměrňovače zapojeného podle vynálezu definovat takto:In the case that R _t = R ₂ = R ₃ = R and R ₄ = 2R, where R stands for the selected resistance value, the operation of the electronic synchronous rectifier connected according to the invention can be defined as follows:

-«1 ·· ψτ.'Ί- «1 ·· ψτ.'Ί

.....................'..... ...--------- --------- ............ 205832 j Menší nevýhodou zapojení je skutečnost, že synchronní usměrňovač může mít jen jednotkový absolutní přenos a neumožňuje současně zpracovávaný signál zesílit. To však v řadě případů není ná závadu......................'..... ...--------- --------- .. .......... 205832 j A minor disadvantage of the wiring is that the synchronous rectifier can only have a unit absolute transmission and does not allow the amplified signal to be amplified simultaneously. However, this is not a malfunction in many cases.

; Zapojení elektronického synchronního usměrňovače s velkým vstupním odporem lze použít« výhodou ý měřicí a přístrojové technice jako synchronní usměrňovač malých signálů, nebo jako vyvážený modulátor či demodulátor. V chemické instrumentaci najde zapojení uplatnění jako zesilovač s jednotkovým zesílením, ' u něhož je možno vnějšími obvody ovládat polaritu zesílení.; The connection of an electronic synchronous rectifier with a large input resistance can be used as an advantageous measuring and instrumentation technology as a synchronous small signal rectifier or as a balanced modulator or demodulator. In chemical instrumentation, the circuit finds application as a unit gain amplifier in which the polarity of the gain can be controlled by external circuits.

Claims

BACKGROUND OF THE INVENTION i A high input resistor electronic synchronous rectifier having an input and an output, comprising an operational amplifier provided with an inverting and non-inverting input and output, two switches each having a control input, a control circuit with outputs connected to their respective control switch inputs, load resistor, feedback resistor, and common conductor when a common conductor is connected to the inverting input of the operational amplifier via a load resistor Wiring on the other hand through a parallel combination of the first switch and the feedback provided with two inputs and an output, the first input of the differential amplifier being connected to a location between the feedback resistor and the second switch, characterized in that e the second input (17) of the differential amplifier (15) is connected to the inverting input (4) of the operational amplifier (3), the non-inverting input (5) of the operational amplifier (3) is connected to the input (1) the amplifier (15) is connected to the wiring output (2).