CS216057B1

CS216057B1 - Connection of the difference circuit with switcheable amplification

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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a switchable gain differential circuit having an inverting and non-inverting input and output and comprising an op amp and an inverting and non-inverting input and output, at least two pairs of switches, each provided with input and output and control input. , at least two parallel-connected series resistor combinations, each of which is formed by an input and feedback resistor, at least two parallel-connected resistor dividers, each of which is formed by first and second resistors, and a common conductor when the output of the operational amplifier is connected to the output of the wiring, on the one hand through parallel-connected series resistors to invert the wiring input, whereby the input of the first switch of its respective pair of resistors is connected between the feedback and input resistor of each series of resistors. NAC, the output of the first switch him přísluěné pair of switches is connected to the inverting input of the operational amplifier.

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.The differential circuit e with switchable gain is usually part of measuring instruments and control panels or part of equipment for automation technology. It is used wherever it is necessary to make a difference of two input aap voltages and at the same time to increase this voltage difference as needed.

Rozdílový obvod s přepínatelným zesílením lze řeěit několika způsoby. NejjednoSěím řešením je běžný rozdílový obvod s operačním zesilovačem, u kterého se pomocí dvou spřaženýchThe switchable gain differential circuit can be solved in several ways. The simplest solution is a common differential circuit with an operational amplifier, in which two

216 057216 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.216 057 mechanical switches toggle resistive feedback networks. Although this mechanically switchable differential circuit is relatively accurate, its limited switching speed and mechanical unreliability is a defect. In some applications, it is also unsuitable for remote control and electric signal control at all.

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.More suitable for remote control is the connection of an electromechanically switchable differential circuit, where it is used for switching the resistances of the operational feedback network of electromechanical switching elements - relays. Other disadvantages, however, remain the same as in the case of a mechanically switchable differential circuit.

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.Another known solution is a switchable gain differential amplifier that uses electronic, generally semiconductor switches, to switch the resistors of the differential feedback operational feedback network, which are faster and more reliable in switching than mechanical or electromechanical switches. A common disadvantage of most known electronically switchable differential circuits is the fact that unfavorable real properties of the semiconductor switching elements, such as the residual resistance of the switch in the closed state and the non-linear dependence of this resistance on the current flow and ambient temperature, are manifested. This is because these connections are based on direct replacement of the mechanical switch with an electronic switch and the residual resistance of the switch in the closed state must be included in the resistive feedback feedback network.

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.These drawbacks are largely eliminated by the switching of the switchable gain differential circuit, which consists in connecting parallel-connected resistive dividers between the non-inverting wiring input and the common conductor when the second switch input of the respective switch pair is connected between the first resistor and the second resistor. wherein the second switch output of its respective pair of switches is connected to the non-inverting input of an operational amplifier, and further, the control inputs of the first and second switches of each pair of switches are interconnected and connected to their respective output of the switch control circuit.

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.The switching of the differential circuit with switchable gain is advantageous in particular in that the unfavorable real properties of the semiconductor switches are suppressed to a negligible extent due to the circuit arrangement. The switches are either assigned to the direct branch of the operational amplifier feedback loop, so that the undesirable real properties of the switch in the closed state do not apply, or in the second case the switches are connected to the non-inverting input of the operational amplifier. The operational amplifiers consist of a resistive divider with a separation resistor approximately equal to one and the residual resistance of the closed switch and its non-linear dependence on the current flowing and the ambient temperature is therefore applicable.

Příkladné provedení zapojení rozdílového obvodu e přepínatelným zesílením podle vynálezu je znázorněno na výkrese.An exemplary embodiment of a switchable differential gain circuit according to the invention is shown in the drawing.

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.In particular, the circuit comprises an inverting input 1, a non-inverting input 2 and an output 2 all with a common conductor 6. The circuitry comprises an operational amplifier X and at least two pairs of switches 8, 7 and 8, χ. Each switch 6, X, 8, χ has an input, an output and a control input. The control circuit 10 of the switches 8, X, θ, X is provided with at least two control outputs. The wiring also includes at least two parallel series combinations of resistors XX, 12 and 13.

216 057216 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.14. Resistors 11. 13 are input, resistors 12. 14 are feedback. The other circuit elements are at least two resistive dividers 15, 16 and IX, 8, each connected in parallel, each of which is formed by a first resistor 15, 17 and a second resistor, 6, 18. Number of pairs of switches 6, 8 and 8, 8, number of series the combination of resistors 11, 12 and 13, 14, and the number of resistive dividers 15, 16 and 17, 18 is virtually unlimited and is merely determined by the number of selectable gains.

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 £.The output of the operational amplifier 6 is connected both to the wiring output 4 and to the inverting wiring input 6 via series-connected series combinations of resistors 11, 12 and 13, 14 in parallel. Between the feedback resistor 12, 14 and the input resistor 11, 13 of each series of resistors XX, 12 and 13, 14, the input of the first switch 6, 8 is connected to its respective pair of switches 6, X or 8; £.

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, £.Between the non-inverting input 2 and the common conductor 6, parallel connected resistive dividers 15, 16 and 18 are connected. In this connection, the input of the second switch X, 6 of the respective pair is connected between the first resistor χ, XX and the second resistor. The output of the second switch X, 6 to its respective pair of switches 6, 8 or 8, 8 is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 6. The control inputs of the first and second switches 6, and X, 8 of each pair of switches 8, 8 and 8, 8 are interconnected and connected to their respective output of the control circuit 10 of the switches X, 8, £. The number of outputs of the control circuit 10 of switches 8, 8, 8, 8 is given by the number of pairs of switches θ, £ and 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 odporAn exemplary embodiment of a differential circuit and a switchable gain is provided with a differential operational amplifier 6 which operates in a so-called differential arrangement. The input voltage to be ultimately subtracted is applied against the common conductor 4 by inverting the input χ of the wiring input and the input voltage from which it is ultimately subtracted is applied against the common conductor 4 by the non-inverting input 2 of the connection. In the operation of the differential circuit, only one respective pair of switches 8, 8, 8, 8 is closed by an electrical signal (not shown) from any selected output of the control circuit 10 of switches 6, X, 8, 8. The output voltage is taken from the wiring output 4 against the common conductor 4 when the nth switch 6 or 8 and the second n-th switch χ or ovlád are actuated, all the other pairs of switches 6, X or 8, 8 being connected. are disconnected, the output voltage of the wiring is similar to that of a common differential circuit with an operational amplifier equal to ^R 4n ^R 2n ^R 2n where it indicates the output voltage at the output wiring, the input voltage applied to the inverting input X of the wiring, wiring, —ln input resistance χχ, 13. R _2n feedback resistor £ 2, χ £, R ^ _n nth first resistor

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.15. 17 divider, R ^ _n nth second resistor 66, 18 divider aa is from the range of natural numbers from 1 to H and indicates the number of selectable gain gains.

Zvolíme-li příkladně * ^R4i/^R3n ” ^n’ ^n ^zna^ absolutní přenos obvodu v n-tém případě, dostáváme jednoduše ^uo “ ^kn ^(u2 ^ul^} ‘For example, if * ^R 4i / ^R 3n "^ n '^ n ^is an absolute circuit transfer in the n-th case, we simply get ^u o" ^k n ^(u 2 ^u l ^} '

Uspořádání zapojení rozdílového obvodu podle vynálezu je možno s výhodou aplikovat všude tam, kde je třeba přesně a rychle*přepínat zesílení rozdílového obvodu. ZapojeníThe circuit arrangement of the differential circuit according to the invention can advantageously be applied wherever the gain of the differential circuit needs to be switched accurately and quickly. Engagement

216 057 může nalézt uplatnění především v měřicích přístrojíoh, měřicích ústřednách Sl v automatizaSní technioe nebo v chemické instrumentacl.216 057 can be used primarily in measuring instruments, measuring centers S1 in automation technology or in chemical instruments.

Claims

Switchable gain differential circuit with Inverting and Non-Inverting input and output and comprising an op amp with Inverting and Non-Inverting input and output, at least two pairs of switches, each provided with input, output and control input, Switch control circuit with at least two outputs, at least two parallel-connected series resistor combinations, each consisting of an input and a feedback resistor, at least two parallel-connected resistive dividers, each consisting of a first and a second resistor, and a common conductor when the output of the operational amplifier is connected to an output wiring, through parallel-connected series resistor combinations to the inverting wiring input, wherein between the feedback and input resistor of each series resistor combination, the input of the first switch is connected to its respective pair of switches, the the first switch of its respective pair of switches is connected to an inverting input of an operational amplifier, characterized in that parallel resistive dividers (15, 16) and (17, 18) are connected between the non-inverting input (2) and the common conductor (4), wherein between the first resistor (15, 17) and the second resistor (16, 18) is connected the input of the second switch (7, 9) to its respective pair of switches (6, 7) or (8, 9), the output of the second switch (7 9) of its respective pair of switches (6, 7) or (8, 9) is connected to the non-inverting input of the operational amplifier (5), while the control inputs of the first and second switches (6, 8) and (7, 9) of each pair of switches (6, 7) and (8, 9) are interconnected and connected to the respective output of the control circuit (10) of the switches (6, 7, 8, 9).