CS219383B1 - Zapojení měřicího zesilovače - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení měřicího zesilovače, sestávajícího z Operačního zesilovače, opatřeného odporovou operační sítí. Vynález řeší problém, co nejvíce zmenšit závislost zisku měřicího zesilovače na změnách hodnot odporů operační sítě, způsobených vnějšími vlivy. Podstata vynálezu spočívá v tom, že alespoň dva odpory operační odporové sítě jsou vytvořeny odporovými operačními sítěmi (10, 10*), sestávajícími nejméně ze dvou shodných odporů. Tyto· odpory mohou být zapojeny sériově, paralelně nebo sérioparalelně. Při sérioparalelním zapojení sestává odporová operační síť (10) z ,,m“ paralelně zapojených větví (21), obsahující vždy shodný počet „n.“ sériově zapojených odporů (R). Zapojení vynálezu lze využít při přesném zpracování měřicích signálů, kde je zapotřebí měřicí zesilovač s velmi stálým ziskem a při sériové výrobě přesných měřicích zesilovačů. Příklad invertujícího zapojení měřicího zesilovače podle vynálezu, kde jsou nahrazeny dva odpory odporové operační sítě odporovými operačními sítěmi (10, 10*) v sérioiparalelním zapojení, je znázorněn na obr. 3.

Description

Vynález se týká zapojení měřicího zesilovače, sestávajícího z Operačního zesilovače, opatřeného odporovou operační sítí.

Vynález řeší problém, co nejvíce zmenšit závislost zisku měřicího zesilovače na změnách hodnot odporů operační sítě, způsobených vnějšími vlivy.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že alespoň dva odpory operační odporové sítě jsou vytvořeny odporovými operačními sítěmi (10, 10*), sestávajícími nejméně ze dvou shodných odporů. Tyto· odpory mohou být zapojeny sériově, paralelně nebo sérioparalelně. Při sérioparalelním zapojení sestává odporová operační síť (10) z ,,m“ paralelně zapojených větví (21), obsahující vždy shodný počet „n.“ sériově zapojených odporů (R).

Zapojení vynálezu lze využít při přesném zpracování měřicích signálů, kde je zapotřebí měřicí zesilovač s velmi stálým ziskem a při sériové výrobě přesných měřicích zesilovačů.

Příklad invertujícího zapojení měřicího zesilovače podle vynálezu, kde jsou nahrazeny dva odpory odporové operační sítě odporovými operačními sítěmi (10, 10*) v sérioiparalelním zapojení, je znázorněn na obr. 3.

O

Vynález se týká zapojení měřicího zesilovače, sestávajícího z operačního zesilovače, opatřeného odporovou operační sítí.

Dosud známá zapojení měřicích zesilovačů, která jsou tvořena operačními zesilovači opatřenými odporovou operační sítí, mají tuto operační síť tvořenou jednotlivými odpory, které jsou zapojeny v sérii se vstupy operačního zesilovače a dále ve zpětnovazební větvi, připojené k invertujícímu vstupu operačního zesilovače. Odpory zapojené v sérii se vstupy operačního zesilovače jsou připojeny buď ke zdroji signálu nebo· k zemnicí sběrnici. Podle tohoto vzájemného propojení rozeznáváme několik základních typů zapojení — zapojení invertující, neinvertující a diferenční.

U všech uvedených typů zapojení lze za předpokladu použití ideálního¹ operačního zesilovače, to je operačního zesilovače s nekonečným vstupním odporem a nekonečným ziskem otevřené smyčky, vyjádřit naX\ A _ A R 2 a ” R2 kde AR 2/R 2, AR 1/R 1 jsou relativní změny hodnot odporů R 2, R 1, vyvolané změnami teploty, stárnutím a podobně.

Je zřejmé, že změny odporu R 2 se mohou teoreticky kompenzovat změnami odpopěťový zisk poměrem hodnot dvou odporů. Pro integrované operační zesilovače je v praxi tento předpoklad oprávněný, pokud žádný z odporů operační sítě nemá větší hodnotu než řádově stovky kiloohmů. Stálost zisku zesilovače závisí tedy výlučně na chování jednotlivých odporů v operační síti. Například v invertujícím zapojení operačního zesilovače je zisk Δ dán poměrem hodnoty odporu R 2, zapojeného v zpětnovazební větvi a odporu R 1, zapojeného v sérii s invertujícím vstupem, ke kterému je připojen odpor R 2, a na který se přivádí vstupní napětí. Zisk měřicího zesilovače je tedy dán vztahem a jeho relativní změna ΔΑ/Α je dána následujícím vztahem _ Δ»’

R 1 ru R 1. K tomu však dochází zřídkakdy, zejména, jsou-li hodnoty obou odporů R 1, R 2 různé. Je proto třeba počítat s absolutní hodnotou relativní změny zisku, pro kterou platí vztah

A A		AR 2
A		R 2		R 1

Relativní změna zisku je tedy v nejnepříznivějším případě rovna součtu relativních změn hodnot obou odporů R 1, R 2.

Problém, co nejvíce zmenšit závislost zisku měřicího zesilovače na změnách hodnot odporů řeší zapojení měřicího zesilovače, tvořeného· operačním zesilovačem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dvě odporové operační sítě zapojené jednak ve vstupní větvi operačního zesilovače a jednak ve zpětnovazební větvi operačního zesilovače jsou tvořeny sériovými nebo paralelními nebo· sérioparalelními kombinacemi nejméně dvou shodných odporů. Odporové operační sítě mohou sestávat z nejméně dvou paralelně zapojených větví obsahujících vždy shodný počet nejméně dvou sériově zapojených odporů.

Nový vyšší účinek zapojení podle vynálezu spočívá ve srovnání se známými zapojeními v tom, že relativní změna zisku je dána rozdílem průměrných hodnot relativních změn odporů stejné hodnoty a podobných vlastností, zapojených v odporových operačních sítích namísto jednotlivých odporů, které se podílejí na zisku zesilovače, pro< invertující zapojení namísto· jednotlivých odporů. S pomocí zákona velkých čísel z teorie pravděpodobnosti lze ukázat, že pro dostatečně velký počet odporů zapojených právě popsaným způsobem v odporových operačních sítích, dosáhne relativní změna zisku libovolně malé hodnoty.

Příklad zapojení měřicího zesilovače je znázorněn na výkresech, kde představuje obr. 1 základní obecné zapojení měřicího zesilovače, obr. 2 odporovou operační síť v sérioparalelním zapojení a obr. 3 invertující zapojení měřicího zesilovače podle vynálezu.

U invertujícího- zapojení podle obr. 3 jsou druhá a třetí vstupní svorka 7 a 8 spojeny se zemnicí svorkou 0 a Jsou napojeny na neinvertující vstup operačního zesilovače 5 tak, že mezi druhou vstupní svorku 7 a ne219383 invertující vstup operačního zesilovače 5 je zapojen odpor R3 a mezi třetí vstupní svorku 8 a neinvertující vstup operačního zesilovače 5 je zapojen odpor R 4. První vstupní svorka 6 je napojena na invertující vstup operačního zesilovače 5 přes odporovou operační sí ť 10 shodných odporů R mini v sérioparalelním zapojení, která nahrazuje odpor R 1 v původním zapojení podle obr. 1. Mezi invertující vstup operačního zesilovače 5 a výstupní svorku 9 je zapojena další odporová operační síť 10‘ shodných odporů R m2n2 v sérloparalelním zapojení, nahrazující v původním zapojení podle obr. 1 odpor R 2. Odporová operační síť 10, 10* shodných odporů sestává .z počtu ,,m“ paralelně zapojených větví 21, obsahující vždy shodný počet „n“ sériově zapojených odporů R podle obr. 2.

Vstupní napětí se přivádí mezi první vstupní svorku 6 a zemnicí svorku 0 a výstupní napětí se odebírá mezi výstupní svorkou 9 a .zemnicí svorkou 0, Mezi první vstupní svorku 6 a Invertující vstup operačního zesilovače 5 je zapojena odporová operační síť 10 shodných odporů s celkovým počtem mim odporů R. Mezi invertující vstup operačního zesilovače 5 a výstupní svorku 9 je zapojena druhá odporová operační síť 10* s celkovým počtem 1112112 shodných odporů R. Mezi neinvertujícím vstupem operačního zesilovače 5 a druhou vstupní svorkou 7 je zapojen odpor R3 a mezi neinvertujícím vstupem operačního zesilovače 3 a třetí vstupní svorkou 8 je zapojen odpor R 4. Zisk A měřicího zesilovače, definovaný jako poměr výstupního napětí U_9ř0 mezi výstupní svorkou 9 a zemnicí svorkou 0 a vstupního napětí U_6;0 mezi první vstupní svorkou 8 a zemnicí svorkou 0 je za předpokladu použití ideálního operačního zesilovače dán výrazem _{A =} Uq.q ₌ mm?

U_6;0 imm

Při neinvertujícím zapojení měřicího zesilovače podle vynálezu, což na výkrese není znázorněno*, jsou propojeny svorky 6 a

0, 7 a 8 a vstupní napětí se přivádí mezi svorky 7 a 0. Odporovou operační sítí 10 s celkovým počtem mini shodných odporů je nahrazen odpor R 1 základního* zapojení na obr. 1 a odporovou operační sítí 10* s celkovým počtem im shodných odporů je nahrazen odpor R 2 základního zapojení. Výstupní napětí se odebírá mezi svorkou 9 a 0. Zisk A, definovaný jako poměr výstupního napětí U_9;0 mezi výstupní svorkou 9 a zemnící svorkou 0 a vstupního* napětí U_7t0 mezi druhou vstupní svorkou 7 a zemnicí svorkou 0 je dán výrazem

A _ -. 1 + .

U_7i0 imni

Při diferenčním zapojení měřicího zesilovače podle vynálezu jsou propojeny svorky 8 a 0 a vstupní napětí se přivádí mezi svorky 6 a 7. Odporovými operačními sítěmi 10 shodných odporů R jsou nahrazeny odpory R 1, R 2, R 3 a R 4, základního zapojení podle obr. 1, přičemž každá z. odporových operačních sítí 10, nahrazující odpory R1 a R 3 má stejný počet mini shodných odporů R, zatímco každá z odporových operačních sítí 10, nahrazující odpory R2 a R4 má stejný počet mznž shodných odporů R. Výstupní napětí se odebírá mezi svorkou 9 a 0. Zisk A, definovaný jako* poměr výstupního* napětí U_9;0 mezi výstupní svorkou 9 a zemnicí svorkou 0 a vstupního napětí U_óí7 mezi první vstupní svorkou 6 a druhou svorkou 7, je dán výrazem _A U9;0 __ _ ming_

U_6f7 mzm

Označí-li se změny hodnot shodných odporů R, zapojených v odporových operačních sítích 10* s jejich celkovým počtem nunz jako ARj a změny hodnot shodnýclrodporů R, zapojených v odporových operačních sítích 10 s jejich celkovým počtem mim jako: ARj, je relativní změna zisku ΔΑ/Α měřicího· .zesilovače pro invertující a neinvertující zapojení dána vztahem

Z\ Λ

A

Jsi

Z^Rj

R íTi-l 12 4 _t_>

^toi^Ql < z- R i = 1 a pro* diferenční zapojení vztahem \ ARj _ _

- R 2n

J-1

2tnini ±-7

-fe·

Je vhodné, aby všechny odporové operační sítě 10, jejichž výsledný odpor se podílí na zisku A měřicího zesilovače, obsahovaly stejný počet N odporů, to je, aby platilo, že m2nz = mim = N.

Pak platí

Největšího zisku pro daný počet N odporů se dosáhne pro ni = mz = 1.

Zapojení podle vynálezu lze využít při přesném zpracování měřicích signálů, kde je zapotřebí měřicí zesilovač s velmi stálým ziskem. Výhoda použití shodných odporů v odporové operační síti je výrazná hlavně při sériové výrobě přesných měřicích zesilovačů.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT

   1. Zapojení měřicího zesilovače, tvořeného operačním zesilovačem, vyznačené tím, že dvě odporové operační sítě (10, 10‘] zapojené jednak ve vstupní větvi operačního zesilovače (5) a jednak ve zpětnovazební větvi operačního zesilovače (5) jsou tvořeny sériovými nebo paralelními nebo sériovynalezu paralelními kombinacemi nejméně dvo-u shodných odporů.
2. 2. Zapojení podle bodu 1 vyznačené tím, že odporové operační sítě (10, 10^ť) sestávají z nejméně dvou paralelně zapojených větví (21), obsahujících vždy shodný počet nejméně dvou sériově zapojených odporů.

   2 listy výkresů