CS207987B1 - Zapojení elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením s velkým vstupním odporem - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením s velkým vstupním odporem.

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 zesílení elektronického 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 případech je na závadu, tak jako v-předcházejícím případě, odskakování kontaktů při spínání.

Z těchto důvodů se v poslední době pro dálkovéy » případně automatické ovládání velikosti zesílení 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 nébo 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 invertujíéímu vstupu je připojen přes vstupní odpor vstup demultiplexeru a přes jednot207987 livé zpětnovazební odpory jednotlivé výstupy demultiplexeru. Výstupy demultíplexeru 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 demultíplexeru, přičemž vstupem elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením je vstup invertujícího analogového demultíplexeru 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 přepínatelným zesílením s velkým vstupním odporem podle vynálezu, jehož podstatou je, že vstupy sčítacího zesilovače jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory a spínače sériových zapojení zpětnovazebních odporů a spínačů, přičemž k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače je připojen vstup zapojení a k výstupu sčítacího zesilovače je připojen výstup zapojení.

Výhodou zapojení elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením podle vynálezu je, že se v něm neuplatňují nepříznivé, reálné vlastnosti polovodičových spínačů, jako je napěťový ofset,, časová a teplotní nestabilita, jakož i odpor polovodičových spínačů'v sepnutém stavu.

Další výhodou zapojení podle vynálezu je, že vstupní odpor zesilovače je téměř nekonečný. Podle druhu použitého operačního zesilovače dosahuje jeho vstupní odpor hodnot řádově až ΙΟ⁹ Ω.

Zapojení elektronického zesilovače s přepínatelným zesílením s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkreše.

Zapojení je opatřeno vstupem 1. a výstupem 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 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 sčítací zesilovač 14, ópatřený alespoň dvěma vstupy 15 a výstupem 16. Sčítací zesilovač 14 může být běžného zapojení a může obsahovat například druhý operační zesilovač 17, k jehož invertujícímu vstupu 4 jsou připojeny jednak přes vstupní odpory 18 jednotlivé vstupy 15 sčítacího zesilovače 14, jednak přes zpětnovazební odpor 19 sčítacího zesilovače 14 výstup 16 sčítacího zesilovače 14.

Neinvertující vstup 5 druhého operačního zesilovače 17 je připojen ke společnému vodiči 13 a jeho výstup 6 je připojen k výstupu 16 sčítacího zesilovače 14.

Vstupy 15 sčítacího zesilovače 14 jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory 12 a spínače 7 sériových zapojení zpětnovazebních odporů 12 a spínačů 7. K neinvertujícímu vstupu 5 operačního zesilovače 3 je připojen vstup 1 zapojení a k výstupu 16 sčítacího zesilovače 14 je připojen výstup 2 zapojení. · .

Charakteristické pro zapojení elektronického zesilovače podle vynálezu je, že při 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

U_2n =-k_nU₁, kde ri značí pořadové čisto sepnutého spínače 7, N celkový počet spínačů 7 v zapojení, u_2n výstupní napětí zapojení při sepnutém n-tém spínači 7, k„ přenos zapojení při sepnutém n-tém spínači 7 a vstupní napětí zapojení, přičentž pro přenos Ις, platí:

R₄ [Rln R-3n L *1 + (R2n + Κ·3η) Σ_

R_2n + kde R_t značí hodnotu zatěžovacího odporu 11, R_2n hodnotu zpětnovazebního odporu 12, R_3n hodnotu vstupního odporu 18 sčítacího zesilovače 14 a R₄ hodnotu zpětnovazebního odporu 19 sčítacího zesilovače 14.

V případě, že hodnoty R_2n zpětnovazebních odporů 12 a hodnoty R_3n vstupních odporů 18 jsou zyoleny tak, že pro všechna n platí R_2n + R_3n = R, kde R značí zvolenou hodnotu součtu hodnot R_2n a R_3n zmíněných odporů 12, 18, zjednoduší se vztah pro určení velikosti přenosu Ις, na tvar k_n =

R4

R

3n (^+N)

Kl

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

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení elektronického zesilovače s přepínátelným zesílením s velkým vstupním odporem opatřené vstupem a výstupem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dva spínače, z nichž každý je opatřen řídicím vsťQpeTřrf, 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 .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 operačního zesilovače a sčítací zesilovač, opatřený alespoň dvěma vstupy a výstupem, vyznačující se tím, že vstupy (15) sčítacího zesilovače (14) jsou jednotlivě připojeny mezi zpětnovazební odpory (12) a spínače (7) sériových zapojení zpětnovazebních odporů (12) a spínačů (7), přičemž k neinvertujícímu vstupu (5) operačního zesilovače (3) je připojen vstup (1) zapojení a k výstupu (16) sčítacího zesilovače (14) je připojen výstup (2) zapojení.