CS211523B1

CS211523B1 - Connection of electric signals alternator with large output resistance

Info

Publication number: CS211523B1
Application number: CS207579A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1982-02-26

Description

Vynález se týká zapojení střídače elektrických signálů s velkým vstupním odporem.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to the connection of an inverter with high input resistance.

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.In some devices, such as metering units, electronic measuring instruments, some automation equipment or chemical instrumentation, it is necessary, for example, not to modulate the electrical signal to a carrier signal in the form of rectangular periodic oscillations to switch the polarity of the amplifier gain. In this case, the amplifier's polarity gain must be switched depending on the carrier signal.

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.For this purpose, inverters have been used, which have been constructed practically solely on the basis of electronic components. These electronic inverters are also often referred to as phase detectors, phase sensitive rectifiers, balanced or balancing modulators or demodulators, or synchronic rectifiers, depending on the application. These devices are sometimes referred to as amplified polarity-controlled amplifiers.

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.A number of wiring of electronic inverters is known, and operational amplifiers have recently been used to design high-quality electronic inverters. A common feature of these electronic inverters is to switch the feedback resistor network of an 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 inverters are arranged such that the switch resistance in the closed state is part of the feedback network of the operational amplifier.

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.A common disadvantage of these inverters is that they fully exhibit unfavorable real properties of the semiconductor switches, in particular the switching resistance of the switch in the closed state and the dependence of this resistance on the ambient temperature and the applied voltage, resulting in inaccuracy and instability of the amplifier amplifier. thereby the entire inverter.

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.Another disadvantage of most of these inverters is their variable and, for many applications, too low input resistance, which varies depending on whether the circuit is switched to positive or negative transmission. In order to eliminate this disadvantage, it is then necessary to add an additional circuit, which usually contains other active elements, to the electrical signal inverter, which complicates and increases the cost of the whole device.

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.These drawbacks are largely eliminated by the high-input resistance inverter of the present invention, which is characterized in that a common conductor is connected to the operational amplifier output via a serial connection of a second switch provided with a control input and a load resistor. connected non-inverting input of differential amplifier.

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.The advantage of the inverter circuit according to the invention is that, while maintaining all the good characteristics of the existing circuitry, it achieves a large input resistance without the need for an additional operational amplifier.

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.Another advantage of the wiring is that it allows to design an inverter with unit gain whose accuracy depends only on the accuracy of two resistor elements. The connection of the high-input resistance inverter of the electrical signals according to the invention is schematically shown in the drawing.

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.The circuit comprises an operational amplifier 8 which is provided with an inverting input 6 and a non-inverting input χ and an output 6. The circuit also includes a first switch 6 provided with a control input 8, a switch control circuit 10 provided with outputs 11 connected to their respective switch control inputs 8, 2, the feedback resistor 14 and the common conductor 60. At the same time, the non-inverting input X of the operational amplifier 6 is simultaneously the wiring input 6, and a common conductor 8 is connected via the resistor 12 to the inverting input 8 of the operational amplifier 7. the output 6 of the operational amplifier 6 is connected. The circuit further comprises a differential amplifier 16 provided with an inverting input 17. a non-inverting input 18 and an output 19. The differential amplifier 16 may be a conventional circuit and preferably includes a second operational amplifier 20 to whose inverting input 6 is connected via an input resistor 21 inverting the differential input 17 The non-inverting input 18 of the differential amplifier 15 is connected to the non-inverting input X of the second operational amplifier 20, and the output 19 of the differential amplifier 16 is connected to the output 6 of the second operational amplifier 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.The inverting input 17 of the differential amplifier 86 is connected between the feedback resistor 14 and the first switch 86. The output 19 of the differential amplifier 16 is simultaneously the output 8 of the circuit.

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 ££.A common wire 8 is also connected to the output 6 of the operational amplifier 8 via a serial connection of a second switch 8 provided with a control input χ and a load resistor 13. The non-inverting input 18 of the differential amplifier 16 is connected between the second switch 8 and the load resistor 60.

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.It is characteristic of the connection of the electrical signal inverter according to the invention that the first switch 8 is always closed, whereas the second switch 8 is open, or that the first switch 8 is open and the second switch 8 is closed.

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£In case the first switch 8 is open and the second switch 8 is closed, the first operational amplifier 8 and the second operational amplifier 20 are connected in cascade. In this case, the entire circuit according to the invention operates as a single non-inverting amplifier, its feedback force being formed by a resistor 12 and the sum of the values of the feedback resistor £, the input resistor £.

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,2.1523 and the feedback resistor 22 of the differential amplifier 16. Assuming that both operational amplifiers J, 20 are ideal, the output voltage of the wiring for said state of switches 2, & R _is + 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.~) ^U, where Uj represents the input voltage circuit, the output voltage Ug wiring resistance value R 12 Rg value of the feedback resistor R f value of the 14th resistor 21 and the input R value of the feedback resistor 22 of the differential amplifier 16th

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.Conversely, if the first switch 2 is closed and the second switch 8 is open, the circuit according to the invention behaves as a non-inverting amplifier consisting of a first operational amplifier J with a feedback network formed by a resistor 12 and a feedback resistor 14 after which an inverting amplifier formed by a second operational amplifier is connected. 20 With an input resistor 16 in the feedback network.

Výstupní napětí zapojení je pak pro tento stav spínačů 2, §The output voltage of the wiring is then for this state of switches 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 jewherein the meaning of the symbols is identical to their meaning in the previous case. The value Rj of the load resistor 13 does not obviously affect the transmission properties of the wiring and it is advisable to select r ₅ 'r ₃ H r ₄

(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.(first switch 2 open, second switch 4 closed) (first switch 2 closed, second switch 8 open) at values Rj = co, Rg = 0 and Rj = R ^. In this case, the accuracy of the inverter is determined only by the accuracy Rj of the input resistor 21 and the feedback resistor 22 of the differential amplifier 16.

Při zvolených hodnotách Rj = R (kAt selected values 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 střídače1) / (k - 1), Rg = 0, Rj = R, R ^ = kR, where k z inverter transfer k> 1 and R denotes the selected resistance value, the inverter output voltage is

Ík Uj (první -k Uj (první spínač 2 rozpojen, druhý spínač 8 sepnut), spínač 2 sepnut, druhý spínač 8 rozpojen).K Uj (first -k Uj (first switch 2 open, second switch 8 closed), switch 2 closed, second switch 8 open).

Obdobné zapojení se získá při R, = Rg ^{= R}’ ^E3 = 2R (k - 2) / (k + 2), R^ = k Rj/2, přičemž k > 2.A similar circuit is obtained at R 1 = R g ^{= R} 1 ^E 3 = 2 R (k - 2) / (k + 2), R 1 = k R 1/2, where 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.The connection of the inverter of the high input resistance electrical signals according to the invention can find application in the measuring and instrumentation technology as a precision synchronous rectifier of low frequency signals, as a balanced modulator or demodulator, or as an amplified controlled polarity gain.

Claims

Wiring a High Input Resistance Inverter, comprising an operational amplifier provided with inverting and non-inverting input and output, a first switch provided with a control input, a switch control circuit provided with outputs connected to their respective switch control inputs, a resistor, a feedback resistor and a common wire; the operational amplifier is at the same time a wiring input and a common conductor is connected through the resistor to the investing input of the operational amplifier, and the operational amplifier output is connected through a series of feedback resistor and the first switch, and a differential amplifier with inverting and noninverting input and output. the feedback resistor and the first switch when the output of the differential amplifier is simultaneously the output of the wiring, characterized in that 6) a common conductor (15) is connected via a serial connection of a second switch (8) provided with a control input (9) and a load resistor (13) via a serial connection of the operational amplifier (3), a non-inverting input (18) of the differential amplifier (16).