CS211523B1 - Zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem.

V některých zařízeních, jako jsou například měřicí ústředny, elektronické měřicí přístroje, některá zařízení automatizační techniky, případně v chemické instrumentaci, je nutno například za účelem nemodulování elektrického signálu na nosný signál ve tvaru pravoúhlých periodických kmitů přepínat polaritu zesílení zesilovače. Polaritu zesíleni zesilovače je v tomto případě nutno přepínat v závislosti na nosném signálu.

K těmto účelům se používá střídačů, které jsou zejména v poslední době konstruovány prakticky pouze na bázi elektronických prvků. Tyto elektronické střídače jsou podle účelu použití často uváděny rovněž pod názvy fázový detektor, usměrňovač citlivý na fázi, vyvážený nebo balančni modulátor či demodulátor, nebo synchonní usměrňovač. Někdy se o těchto zařízeních hovoří jako o zesilovačích s řízenou polaritou zesílení.

Je známa celé řada zapojení elektronických střídačů, přičemž ke konstrukci kvalitních elektronických střídačů se v poslední době používá operačních zesilovačů. Obecným znakem těchto elektronických střídačů je přepínání zpětnovazební odporová sítě operačního zesilovače tak, že obvod pracuje buá 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 střídačů jsou uspořádány tak, že odpor spínače v sepnutém stavu je součásti zpětnovazební odporové sítě operačního zesilovače.

Společnou nevýhodou zmíněných střídačů elektrických signálů je, že se u nich v plné míře projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů, především odpor spína211523 čů v sepnutém stavu a závislost tohoto odporu na okolní teplotě a na přiloženém napětí, což vede k nepřesnosti a nestabilitě zesíleni Zesilovače a tím i celého střídače.

Další nevýhodou většiny těchto střídačů elektrických signálů je jejich proměnný a pro mnohé aplikace i příliš nízký vstupní odpor, který se mění v závislosti na tom, zda je.obvod přepnut na kladný nebo záporný přenos. Pro eliminaci této nevýhody je pak nutno před zmíněný střídač elektrických signálů předřadit další obvod obsahující zpravidla další aktivní prvky, což komplikuje a zdražuje celé zařízení.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem podle vynálezu, jehož podstatou je, že k výstupu operačního zesilovače je přes sériové spojení druhého spínače opatřeného řídicím vstupem a zatěžovacího odporu připojen společný vodič, přičemž mezi druhý spínač a zatěžovací odpor je připojen neinvertující vstup rozdílového zesilovače.

Výhodou zapojení střídače podle vynálezu je, že při zachováni všech dobrých vlastností stávajících zapojení dosahuje velkého vstupního odporu, aniž je nutno použít další operační zesilovač.

Další výhodou zapojení je, že umožňuje navrhnout střídač s jednotkovým zesílením, jehož přesnost závisí pouze na přesnosti dvou odporových prvků. Zapojeni střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkrese.

Zapojení obsahuje operační zesilovač £, který je opatřen invertujícím vstupem £ a neinvertujíclm vstupem χ a výstupem 6. Zapojení rovněž obsahuje první spínač £ opatřený řídicím vstupem £, řídicí obvod 10 spínačů, opatřený výstupy 11 připojenými k jim příslušným řídicím vstupům £ spínačů, odpor £2, zpětnovazební odpor 14 a společný vodič ££. Přitom neinvertující vstup X operačního zesilovače £ je současně vstupem £ zapojení a k invertujícímu vstupu £ operačního zesilovače £ je pres odpor 12 připojen společný vodič £Χ· K invertujicirau vstupu £ operačního zesilovače £ je také přes se'riové zapojení zpětnovazebního odporu 14 a prvního spínače £ připojen výstup 6 operačního zesilovače £. Zapojení dále obsahuje rozdílový zesilovač 16 opatřený invertujícím vstupem 17. neinvertujícím vstupem 18 a výstupem 19. Rozdílový zesilovač 16 může být běžného zapojení a s výhodou obsahuje druhý operační zesilovač .20, k jehož invertujícímu vstupu £ je připojen jednak přes vstupní odpor 21 invertující vstup 17 rozdílového zesilovače £6, jednak přes zpětnovazební odpor 22 rozdílového zesilovače 16 výstup 6 druhého operačního zesilovače 20. Neinvertující vstup 18 rozdílového zesilovače 15 je připojen k neinvertujíeímu vstupu X druhého operačního zesilovače 20 a výstup 19 rozdílového zesilovače 16 je připojen k výstupu 6 druhého operačního zesilovače 20.

Přitom invertující vstup 17 rozdílového zesilovače £6 je připojen mezi zpětnovazební odpor !4 a první spínač £. Výstup 19 rozdílového zesilovače 16 je současně výstupem £ zapojení.

K výstupu 6 operačního zesilovače £ je také přes sériové spojení druhého spínače 8 opatřeného řídicím vstupem χ a zatěžovacího odporu 13 připojen společný vodič £X. Neinvertující vstup 18 rozdílového zesilovače 16 je připojen mezi druhý spínač 8 a zatěžovací odpor ££.

Charakteristické pro zapojení střídače elektrických signálů podle vynálezu je, že vždy je buň sepnut první spínač £, kdežto druhý spínač 8 je rozpojen, nebo že první spínač £ je rozpojen a druhý spínač 8 je sepnut.

V případě, že první spínač £ je rozpojen a druhý spínač 8 je sepnut, jsou první operační zesilovač £ a druhý operační zesilovač 20 zapojeny v kaskádě. Celé zapojení podle vynálezu v tomto případě pracuje jako jediný neinvertující zesilovač, přičemž jeho zpětnovazební sil je tvořena odporem 12 a součtem hodnot zpětnovazebního odporu ££, vstupního odporu 2£

2,1523 a zpětnovazebního odporu 22 rozdílového zesilovače 16. Za předpokladu, že oba operační zesilovače J, 20 jsou ideální, je výstupní napětí zapojení pro uvedený stav spínačů 2, &R_o ·+ R- + R,

~) ^u, kde Uj značí vstupní napětí zapojení, Ug výstupní napětí zapojení, R^ hodnotu odporu 12, Rg hodnotu zpětnovazebního odporu 14. R^ hodnotu vstupního odporu 21 a R^ hodnotu zpětnovazebního odporu 22 rozdílového zesilovače 16.

Je-li naopak první spínač 2 sepnut a druhý spínač 8 rozpojen, chová se zapojení podle vynálezu jako neinvertující zesilovač, tvořený prvním operačním zesilovačem J se zpětnovazební sítí tvořenou odporem 12 a zpětnovazebním odporem 14. za který je připojen invertující zesilovač, tvořený druhým operačním zesilovačem 20 Se vstupním odporem 16 ve zpětnovazební síti.

Výstupní napětí zapojení je pak pro tento stav spínačů 2, §

přičemž význam symbolů je totožný s jejich významem v předcházejícím případě. Hodnota Rj zatěžovacího odporu 13 nemá na přenosové .vlastnosti zapojení zjevně vliv a je vhodné volit r₅« r₃ H r₄Nej jednodušší varianta zapojení střídače podle vynálezu má jednotkový přenos, to je

(první spínač 2 rozpojen, druhý spínač 4 sepnut) (první spínač 2 sepnut, druhý spínač 8 rozpojen) při hodnotách Rj = co , Rg = 0 a Rj = R^. V tomto případě je přesnost střídače určena pouze přesností hodnoty Rj vstupního odporu 21 a zpětnovazebního odporu 22 rozdílového zesilovače 16.

Při zvolených hodnotách Rj = R (k

1) / (k - 1), Rg = 0, Rj = R, R^ = kR, kde k z.nači přenos střídače k > 1 a R značí zvolenou hodnotu odporu, je výstupní napětí střídače

Ík Uj (první -k Uj (první spínač 2 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut), spínač 2 sepnut, druhý spínač 8 rozpojen).

Obdobné zapojení se získá při R, = Rg ^{= R}’ ^E3 = 2R (k - 2) / (k + 2), R^ = k Rj/2, přičemž k > 2.

Zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem podle vynálezu může nalézt uplatnění v měřicí a přístrojové technice jako přesný synchronní usměrňovač nízkofrekvenčních signálů, jako vyvážený modulátor či demodulátor, nebo jako zesilovač s řízenou polaritou zesílení.

Claims (1)

1. Zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem, obsahující operační zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, první spínač opatřený řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů opatřený výstupy připojenými k jim příslušným řídicím vstupům spínačů, odpor, zpětnovazební odpor a společný vodič, přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače je současně vstupem zapojení a k investujícímu vstupu operačního zesilovače je přes odpor připojen společný vodič a přes sériové spojení zpětnovazebního odporu a prvního spínače výstup operačního zesilovače, a rozdílový zesilovač opatřený invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, přičemž invertujíeí v tup rozdílového zesilovače je připojen mezi zpětnovazební odpor a první spínač, když výstup rozdílového zsilovače je současně výstupem zapojení, vyznačující se tím, že k výstupu (6) operačního zesilovače (3) je přes sériové spojení druhého spínače (8) opatřeného řídicím vstupem (9) a zatěžovacího odporu (13) připojen společný vodič (15), přičemž mezi druhý spínač (8) a zatěžovací odpor (13) je připojen neinvertujicí vstup (18) rozdílového zesilovače (16).