CS216057B1

CS216057B1 - Zapojení rozdílového obvodu e přepínatelným zesílením

Info

Publication number: CS216057B1
Application number: CS1681A
Authority: CS
Inventors: Kamil Vrba
Original assignee: Kamil Vrba
Priority date: 1981-01-04
Filing date: 1981-01-04
Publication date: 1982-10-29

Description

Vynález se týká zapojení rozdílového obvodu s přepínatelným zesílením, opatřené invertujíeím a neinvertujícím vstupem a výstupem a obsahující operační zesilovač e invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dvě dvojice spínačů, každý opatřený vstupem a výstupem a řídícím vstupem, řídící obvod spínačů s alespoň dvěma výstupy, alespoň dvě paralelně řazené sériové kombinace odporů, z niohž každá je tvořena vstupním a zpětnovazebním odporem, dále alespoň dva paralelně řazené odporové děliče, z niohž každý je tvořen prvním a druhým odporem, jakož i· společný vodič, když výstup operačního zesilovače je připojen Jednak k výstupu zapojení, jednak přes paralelně řazené sériové kombinace odporů k invertují čímu vstupu zapojení, přičemž mezi zpětnovazební a vstupní odpor každé sériové kombinace odporů Je připojen vstup prvního spínače jemu přísluěné dvojice spínačů, přičemž výstup prvního spínače jemu přísluěné dvojice spínačů je připojen k invertujíčímu vstupu operačního zesilovače.

Rozdílový obvod e přepínatelným zesílením je zpravidla součástí měřicích přístrojů a měřicích ústředen nebo součástí zařízení pro automatizační techniku. Užívá se všude tam, kde je zapořebí provést rozdíl dvou vstupních aapětí a současně tento rozdíl napětí podle potřeby zesílit.

Rozdílový obvod s přepínatelným zesílením lze řeěit několika způsoby. NejjednoSěím řešením je běžný rozdílový obvod s operačním zesilovačem, u kterého se pomocí dvou spřažených

216 057

216 057 mechanických přepínačů přepínají odpory operační zpětnovazební sítě. I když je tento mechanicky přepínatelný rozdílový obvod poměrně přesný, je na závada jeho omezená rychlost přepínání a mechanická nespolehlivost. V některých aplikacích je na závadu také nevhodnost k dálkovému ovládání a ovládání pomocí elektrického signálu vůbec.

Vhodnější pro dálkové ovládání je zapojení elektromechanicky přepínatelného rozdílového obvodu, u něhož je použito pro přepínání odporů operační zpětnovazební sítě elektromecha nických přepínacích prvků - relé. Ostatní nevýhody věak zůstávají stejné jako v případě mechanicky přepínatelného rozdílového obvodu.

Dalším známým řešením je rozdílový zesilovač s přepínatelným zesílením, který pro přepínání odporů operační zpětnovazební sítě rozdílového zesilovače užívá elektronické, zpravidla polovodičové spínače, které jsou rychlejší a spolehlivější při přepínání než mechanické či elektromechanické spínače. Společnou nevýhodou většiny známých elektronicky přepínatelných rozdílových obvodů je skutečnost, že se zde projevují nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínacích prvků, jako je zbytkový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a na okolní teplotě. To proto, že tato zapojení vycházejí z přímé náhrady mechanického spínače spínačem elektronickým a zbytkový odpor spínače v sepnutém stevu je nutno zahrnout do odporové operační zpětnovazební sítě.

Tyto uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení rozdílového obvodu s přepínatelným zesílením, jehož podstatou je, že mezi neinvertující vstup zapojení a společný vodič jeou zapojeny paralelně řazené odporové děliče, když mezi první odpor a druhý odpor je připojen vstup druhého spínače jemu příslušné dvojice spínačů, přičemž výstup druhého spínače jemu příslušné dvojice spínačů je připojen k neinvertujíčímu vstupu operačního zesilovače, a dále řídicí vstupy prvního a druhého spínače každé dvojice spínačů jsou navzájem propojeny a připojeny ke svému příslušnému výstupu řídicího obvodu spínačů.

Zapojení rozdílového obvodu s přepínatelným zesílením je výhodné především v tom, že nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínačů jsou v důsledku obvodového uspořádání potlačeny na zanedbatelnou míru. Spínače jsou buď zařazeny do přímé větve zpětnovazební smyčky operačního zesilovače, takže nežádoucí reálné vlastnosti spínače v sepnutém stavu se neuplatní, nebo v druhém případě jsou spínače připojeny k neinvertujíčímu vstupu operačního zesilovače a tudíž zbytkový odpor spínače v sepnutém stavu a téměř nekonečný vstupní odpor neinvertujícího vstupu operačního zesilovače tvoří odporový dělič s dělicím odporem přibližně rovným jedné a zbytkový odpor sepnutého spínače a jeho nelineární závislost na protékajícím proudu a na okolní teplotě se proto uplatňuje jea aiaiaálai.

Příkladné provedení zapojení rozdílového obvodu e přepínatelným zesílením podle vynálezu je znázorněno na výkrese.

Zapojení zahrnuje především invertující vstup i, neinvertující vstup 2 a výstup 2» všechny se společným vodičem £. Zapojení obsahuje operační zesilovač X a dále alespoň dvě dvojice spínačů £, 7 a 8, χ. Každý spínač 6, X, 8, χ je opatřen vstupem, výstupem a řídicím vstupem. Řídicí obvod 10 spínačů £, X, θ, X je opatřen alespoň dvěma řídicími výstupy. Součástí zapojení jsou také alespoň dvě paralelně řazené sériové kombinace odporů XX, 12 a 13.

216 057

14. Odpory 11. 13 jeou vstupní, odpory 12. 14 zpětnovazební. Dalšími prvky zapojení jsou alespoň dva paralelně řazené odporové děliče 15. 16 a IX, £8, z nichž každý je tvořen prvním odporem 15. 17 a druhým odporem £6, 18. Počet dvojic spínačů 6, £ a 8, £, počet sériových kombinací odporů 11. 12 a 13. 14 a počet odporových děličů 15. 16 a 17. 18 je prakticky neomezený a je pouze dán požadavky na počet volitelných zesílení.

Výstup operačního zesilovače £ je připojen jednak k výstupu £ zapojení a jednak přes paralelně řazené sériové kombinace odporů 11. 12 a 13. 14 k invertujícímu vstupu £ zapojení. Přitom mezi zpětnovazební odpor 12. 14 a vstupní odpor 11. 13 každé sériové kombinace odporů XX, 12 a 13. 14 je připojen vstup prvního spínače 6, 8 jemu příslušné dvojice spínačů 6, X či 8, £ je připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače £.

Mezi neinvertující vstup 2 zapojení a společný vodič £ jsou zapojeny paralelně řazené odporové děliče 15. l6 a χχ, 18. Přitom mezi první odpor χ£, XX a druhý odpor £6, 18 děliče je připojen vstup druhého spínače X, £ jemu příslušné dvojice spínačů £, X či 8, £, Výstup druhého spínače X, £ Jemu příslušné dvojice spínačů 6, £ Či 8, £ je připojen k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače £. Řídicí vstupy prvního a druhého spínače 6, a X, £ každé dvojice spínačů £, £ a 8, £ jsou navzájem propojeny a připojeny ke svému příslušnému výstupu řídicího obvodu 10 spínačů X, 8, £. Počet výstupů řídicího obvodu 10 spínačů £, £, 8, £ je dán počtem dvojic spínačů θ, £ a 8, £.

Příkladné provedení rozdílového obvodu a přepínatelným zesílením je osazeno diferenčním operačním zesilovačem £, který pracuje v tak zvaném rozdílovém uspořádání. Vstupní napětí, které má být v konečném výsledku odečteno se přivádí proti společnému vodiči £ invertujícím vstupem χ zapojení a vstupní napětí od kterého se v konečném výsledku odečítá se přivádí proti společnému vodiči £ neinvertujícím vstupem 2 zapojení. Při provozu rozdílového obvodu je neznázorněným elektrickým signálem z některého zvoleného výstupu řídicího obvodu 10 spínačů 6, X, 8, £ sepnuta pouze jedna příslušná dvojice spínačů £, £, 8, £. Výstupní napětí se odebírá z výstupu £ zapojení proti společnému vodiči 4. je-li sepnut n-tý spínač 6 či 8 a druhý spolu s ním ovládaný n-tý spínač χ či £, přičemž všechny ostatní dvojice spínačů 6, X Či 8, £ jsou rozpojeny, je výstupní napětí zapojení, podobně jako u běžného rozdílového obvodu s operačním zesilovačem rovno ^R4n ^R2n ^R2n kde značí výstupní napětí na výstupu £ zapojení, vstupní napětí přivedené na invertující vstup X zapojení, jjg vstupní napětí přivedené na neinvertující vstup 2 zapojení, —ln vstupní odpor χχ, 13. R_2n zpětnovazební odpor £2, χ£, R^_n n-tý první odpor

15. 17 děliče, R^_n n-tý druhý odpor £6, 18 děliče a a je z oboru přirozených čísel od 1 do H a udává počet volitelných zesílení zapojení.

Zvolíme-li příkladně * ^R4i/^R3n ” ^n’ ^n ^zna^ absolutní přenos obvodu v n-tém případě, dostáváme jednoduše ^uo “ ^kn ^(u2 ^ul^} ‘

Uspořádání zapojení rozdílového obvodu podle vynálezu je možno s výhodou aplikovat všude tam, kde je třeba přesně a rychle*přepínat zesílení rozdílového obvodu. Zapojení

216 057 může nalézt uplatnění především v měřicích přístrojíoh, měřicích ústřednách Sl v automatizaSní technioe nebo v chemické instrumentacl.

Claims

Zapojení rozdílového obvodu s přepínatelným zesílením, opatřené Invertujícím a neinvertuj íoím vstupem a výstupem a obsahující operační zesilovač s Invertujícím a neinvertujícím vstupem a výstupem, alespoň dvě dvojice spínačů, každý opatřený vstupem, výstupem a řídicím vstupem, řídicí obvod spínačů s alespoň dvěma výstupy, alespoň dvě paralelně řazené sériové kombinace odporů, z nichž každá je tvořena vstupním a zpětnovazebním odporem, dále alespoň dva paralelně řazené odporové děliče, z nichž každý je tvořen prvním a druhým odporem, jakož i společný vodič, když výstup operačního zesilovače je připojen jednak k vý stupu zapojení, jednak přes paralelně řazené sériové kombinace odporů k invertujícímu vstupu zapojení, přičemž mezi zpětnovazební a vstupní odpor každé sériové kombinace odporů Je připojen vstup prvního spínače jemu příslušné dvojice spínačů, přičemž výstup prvního spínače jemu příslušné dvojice spínačů je připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače, vyznačující se tím, že mezi neinvertující vstup (2) a společný vodič (4) jsou zapojeny paralelně řazené odporové dělxče (15, 16) a (17, 18), přičemž mezi první odpor-(15, 17) a druhý odpor (l6, 18) je připojen vstup druhého spínače (7, 9) jemu příslušné dvojice spínačů (6, 7) či (8, 9), přičemž výstup druhého spínače (7, 9) jemu příslušné dvojice spínačů (6, 7) či (8, 9) je připojen k neinvertujíčímu vstupu operačního zesilovače (5), zatímco řídicí vstupy prvního a druhého spínače (6, 8) a (7, 9) každé dvojice spínačů (6, 7) a (8, 9) jsou navzájem propojeny a připojeny k příslušnému výstupu řídicího obvodu (10) spínačů (6, 7, 8, 9).