CS207985B1 - Zapojeníelektronického zesilovače s velkýmvstupním odporem, zejménapro dálkové přepínání velikosti zesílení - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení elektronického zesilovače s velkým vstupním odporem, zejména pro dálkové přepínání velikosti zesílení.

V některých zařízeních, jako jsou například elektronické měřicí přístroje, měřicí ústředny, některá zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumentaci, je nutno zejména pro dálkové nebo automatické řízení vstupního rozsahu zařízení přepínat přesně, spolehlivě a často i rychle zesílení zesilovače.

Je známo několik řešení přepínání zesílení elektronických zesilovačů. Jedním z nich je přepínání zpětnovazebních odporů zesilovače nebo odporů vstupního děliče zesilovače, případně některého jeho stupně, pomocí mechanického přepínače. Zásadní nevýhodou tohoto řešení je jeho nevhodnost pro dálkové přepínání zesílení zesilovače, zejména pro jeho velmi nízkou odolnost vůči poruchovým vlivům, vyskytujícím se mezi ovládacím a ovládaným místem.

Poněkud vhodnějším k těmto účelům je další řešení přepínání velikosti zesílení zesilovače, které spočívá v přepínání zpětnovazebních odporů zesilovače pomocí relé. Toto řešení však zpravidla vykazuje poměrně značnou mechanickou nespolehlivost a pomalost přepínání a v některých aplikacích je na závadu, tak jako v předcházejícím případě, odskakování kontaktů při spínání.

Z těchto důvodů se v poslední době pro dálkové, případně automatické ovládání velikosti zesíleníy,, elektronických zesilovačů používá elektronických, nejčastěji polovodičových spínačů. Všechna známá > zapojení elektronických zesilovačů s přepínatelným zesílením vycházejí z přímé náhrady přepínače mechanického, případně elektromechanického, přepínačem elektronickým, zpravidla osazeným polovodičovými prvky, přičemž vlastní zapojení elektronického zesilovače, to je operační zesilovač, do jehož zpětnovazební smyčky se pomocí přepínače jednotlivě nebo po sekcích připojuje soubor odporů, zůstává v podstatě nezměněno.

Společnou nevýhodou zmíněných elektronických zesilovačů, jejichž velikost zesílení je přepínána pomocí elektronických polovodičových spínačů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičového spínače, především odpor spínače v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na okolní teplotě a na přiloženém napětí.

K poměrně nejdokonalejším elektronickým zesilovačům s přepínatelným zesílením, u něhož jsou zmíněné nevýhody do značné míry potlačeny, patří elektronický zesilovač zahrnující invertující analogový demultiplexer, který obsahuje operační zesilovač, k jehož ínvertujícímu vstupu je připojen přes vstupní odpor vstup řečeného demultiplexeru a přes jednotlivé zpětnovazební odpory jednotlivé výstupy demultiplexeru. Výstupy demultiplexeru jsou jednotlivě přes polovodičové spínače připojeny k výstupu operačního zesilovače, neinvertující vstup operačního zesilovače je připojen ke společnému vodiči a řídicí vstupy jednotlivých spínačů jsou připojeny k jim příslušným výstupům řídicího obvodu spínačů. Elektronický zesilovač dále obsahuje sčítací zesilovač, jehož vstupy jsou připojeny k výstupům invertujícího analogového demultiplexeru, přičemž vstupem elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením je vstup analogového demultiplexeru a jeho výstupem je výstup sčítacího zesilovače.

Nevýhodou tohoto typu elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením je jeho poměrně nízký vstupní odpor, který může být v některých aplikacích na závadu. Pro eliminaci tohoto nedostatku je pak nutno před zmíněný elektronický zesilovač předřadit další obvod obsahující zpravidla další aktivní prvky, což komplikuje a zdražuje celé zařízení.

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení elektronického zesilovače s velkým vstupním odporem, zejména pro dálkové přepínání velikosti zesílení podle vynálezu, jehož podstatou je, že druhé konce vstupních odporů jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory a spínače sériových zapojení zpětnovazebních odporů a spínačů a neinvertující vstup druhého operačního zesilovače je připojen k invertujícímu vstupu prvního operačního zesilovače, přičemž neinvertující vstup prvního operačního zesilovače je připojen ke vstupu zapojení a výstup druhého operačního zesilovače k výstupu zapojení.

Výhodou zapojení elektronického zesilovače podle vynálezu je, že se v něm neuplatňují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů. Tato vlastnost elektronického zesilovače plyne z toho, že sepnutý spínač lze zahrnout do přímé větve zpětnovazební smyčky prvního operačního zesilovače, jehož velké zesílení potlačí napěťový ofset, časovou a teplotní nestabilitu a nelinearitu zbytkového odporu polovodičového spínače v sepnutém stavu.

Další výhodou zapojení elektronického zesilovače je, že vykazuje prakticky nekonečný vstupní odpor, obdobně jako je tomu obecně u neinvertujícího zesilovače s operačním zesilovačem.

Zapojení elektronického zesilovače s velkým vstupním odporem, zejména pro dálkové přepínání velikosti zesílení je schematicky znázorněno na výkrese.

Zapojení je opatřeno vstupem 1 a obsahuje operační zesilovač 3. Operační zesilovač 3 je opatřen invertujícím vstupem 4 a neinvertujícím vstupem 5 a výstupem 6. Zapojení dále obsahuje alespoň dva spínače 7, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem 8 a řídicí obvod 9 spínačů, opatřený výstupy 10, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům 8 jednotlivých spínačů

7. Zapojení rovněž obsahuje zatěžovací odpor 11, alespoň dva zpětnovazební odpory 12 a společný vodič 13.

K invertujícímu vstupu 4 operačního zesilovače 3 je přes zatěžovací odpor 11 připojen společný vodič 13 a přes paralelní kombinaci sériových zapojení, z nichž každé obsahuje jeden zpětnovazební odpor 12 a jeden spínač 7, výstup 6 operačního zesilovače 3. Zapojení rovněž obsahuje druhý operační zesilovač 14, opatřený invertujícím vstupem 4 a neinvertujícím vstupem 5 a výstupem 6, přičemž k invertujícímu vstupu 4 druhého operačního zesilovače 14 je přes zpětnovazební odpor 19 připojen výstup 6 druhého operačního zesilovače 14 a současně vždy jedním koncem 15 alespoň dva vstupní odpory 18.

Druhé konce 16 vstupních odporů 18 jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory 12 a spínače 7 sériových zapojení zpětnovazebních odporů 12 a spínačů 7. Neinvertující vstup 5 druhého operačního zesilovače 14 je připojen k invertujícímu vstupu 4 prvního operačního zesilovače 3. Neinvertující vstup 5 prvního operačního zesilovače 3 je připojen ke vstupu 1 zapojení a výstup 6 druhého operačního zesilovače 14 k výstupu 2 zapojení.

Charakteristické pro zapojení elektronického zesilovače podle vynálezu je, že pri jeho činnosti je sepnut vždy pouze jediný spínač 7, kdežto ostatní spínače 7 jsou rozpojeny.

Je-li sepnut n-tý spínač 7 (n = 1, 2,..., N), a všechny ostatní spínače 7 jsou rozpojeny, je výstupní napětí zesilovače podle vynálezu kde n značí pořadové číslo sepnutého spínače 7, N celkový počet spínačů 7 v zapojení, u_2n výstupní napětí zapojení pri sepnutém n-tém spínači 7, Uj vstupní napětí zapojení, Rj hodnotu zatěžovacího odporu 11, R_2n hodnotu zpětnovazebního odporu 12, ke kterému je připojen n-tý, to je sepnutý spínač 7, R_3n hodnotu vstupního odporu 18, který je připojen k n-tému spínači 7 a R₄ hodnotu zpětnovazebního odporu 19.

Ostatní zpětnovazební odpory 12 a odpovídající vstupní odpory 18 nemají na přenos zesilovače podle vynálezu vliv. Je zřejmé, že vhodnůu volbou poměru hodnot R_2n a R_3n zpětnovazebních odporů 12 a vstupních odporů 18 lze prakticky libovolně nastavit celkové zesílení elektronického zesilovače pro jednotlivé případy sepnutí příslušného spínače

7.

Zapojení elektronického zesilovače podle vynálezu lze aplikovat například v elektronických přístrojích s automatickým nebo dálkovým přepínáním vstupního, případně výstupního rozsahu, zejména v měřicích ústřednách. Zapojení lze obecně aplikovat ve všech zařízeních, ve kterých je třeba spolehlivě, přesně a rychle přepínat zesílení zesilovače při současném splnění podmínky vysokého vstupního odporu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   Zapojení elektronického zesilovače s velkým vstupním odporem, zejména pro dálkové přepínání velikosti zesílení opatřené vstupem a výstupem, obsahující první operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy, které jsou připojeny k jim příslušným řídicím vstupům jednotlivých spínačů, zatěžovací odpor, alespoň dva zpětnovazební odpory a společný vodič, když k invertujícímu vstupu prvního operačního zesilovače je přes zatěžovací odpor připojen společný vodič a přes paralelní kombinaci sériových zapojení, z nichž každé obsahuje jeden zpětnovazební odpor a jeden spínač, výstup prvního operačního zesilovače, a druhý operační zesiloVYNÁLEZU 207985 vač, opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, přičemž k invertujícímu vstupu druhého operačního zesilovače je přes zpětnovazební odpor připojen výstup druhého operačního zesilovače a současně vždy jedním koncem alespoň dva vstupní odpory, vyznačující se tím, že druhé konce (16) vstupních odporů (18) jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory (12) a spínače (7) sériových zapojení zpětnovazebních odporů (12) a spínačů (7) a neinvertující vstup (5) druhého operačního zesilovače (14) je připojen k invertujícímu vstupu (4) prvního operačního zesilovače (3), přičemž neinvertující vstup (5) prvního operačního zesilovače (3) je připojen ke vstupu (1) zapojení a výstup (6) druhého operačního zesilovače (14) k výstupu (2) zapojení.