CS220461B1 - Zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením opatřeného invertujícím vstupem, neinvertujícím vstupem a výstupem a obsahujícího operační zesilovač s invertujícím a neinvertujícím vstupem a dále výstupem, řídicí obvod spínačů opatřený alespoň dvěma výstupy, alespoň dva spínače invertújícího vstupu operačního zesilovače opatřené řídicím vstupem a sériovou kombinaci alespoň tří odporů invertújícího vstupu zapojení, dále alespoň dva spínače neinvertujícího vstupu operačního zesilovače opatřené řídicím vstupem a sériovou kombinaci alespoň tří odporů neinvertujícího vstupu zapojení, a společný vodič, když výstup operačního zesilovače je připojen jednak k výstupu zapojení, jednak přes sériovou kombinaci alespoň tří odporů invertújícího vstupu zapojení k invertujícímu vstupu zapojení, přičemž mezi jednotlivé odpory sériové kombinace invertújícího vstupu zapojení jsou jednotlivě připojeny spínače invertújícího vstupu operačního zesilovače, když druhé konce uvedených spínačů jsou připojeny k invertujícímu vstupu operačního zesilovače.

Rozdílový zesilovač s přepínatelným zesílením lze řešit několika způsoby. Nejjednodušším řešením je rozdílový zesilovač objasňující dva spřažené mechanické přepínače, pomocí nichž je možno přepínat zesílení rozdílového zesilovače. I když tento způsob přepínání zesílení rozdílového zesilovače je přesný, je na závadu omezená rychlost přepínání a mechanická nespolehlivost. V některých aplikacích je také na závadu jeho nevhodnost k dálkovému ovládání a ovládání pomocí elektronického signálu vůbec.

Radu stejných nevýhod vykazuje elektromechanicky přepínaný rozdílový zesilovač, v jehož zapojení je použito elektromechanických přepínacích prvků — relé.

Další způsob přepínání zesílení rozdílového zesilovače je pomocí elektronických, zpravidla polovodičových spínačů, které jsou rychlejší a spolehlivější při přepínání než mechanické nebo elektromechanické spínače. Společnou nevýhodou známých zapojení přepínatelného rozdílového zesilovače osazeného elektronickými spínači je skutečnost, že se zde projevují v plné míře nepříznivé reálné vlastnosti polovodičových spínacích prvků, jako je nenulový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a na okolní teplotě. To proto, že zapojení vychází z přímé náhrady mechanického spínače spínačem elektronickým, přičemž vlastní zapojení přepínatelného rozdílového zesilovače se nemění.

223461

Tyto uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením opatřené invertujícím vstupem, neinvertujícím vstupem a výstupem a obsahující operační zesilovač s invertujícím a neinvertujícím vstupem a dále výstupem, řídicí obvod spínačů opatřený alespoň dvěma výstuipy, alespoň dva spínače invertujícího vstupu operačního zesilovače opatřené řídicím vstupem a sériovou kombinaci alespoň tří odporů invertujícího vstupu zapojení, dále alespoň tří odporů neinvertujícího vstupu zapojení, a společný vodič, když výstup operačního zesilovače je připojen jednak k výstupu zapojení, jednak přes sériovou kombinaci alespoň tří odporů invertujícího vstupu zapojení k invertujícímu vstupu zapojení, přičemž mezi jednotlivé odpory sériové kombinace invertujícího vstupu zapojení jsou jednotlivě připojeny spínače invertujícího vstupu operačního zesilovače, když druhé konce uvedených Spínačů jsou připojeny k invertujícímu vstupu operačního zesilovače, podle vynálezu, jehož podstatou je, že mezi invertující vstup zapojení a společný vodič je zapojena sériová kombinace neinveritujícího vstupu zapojení, sestávající z alespoň tří odporů, přičemž mezi jednotlivé odpory sériové kombinace neinvertujícího vstupu zapojení jsou jednotlivě připojeny spínače neinvertujícího vstupu operačního zesilovače, když druhé konce uvedených spínačů jsou připojeny k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače, přičemž řídicí vstupy spínačů každé odpovídající si dvojice spínačů jsou navzájem propojeny a připojeny ke svému výstupů řídicího obvodu spínačů.

Výhodou zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením podle vynálezu je, že se v něm prakticky neuplatňuje vliv nepříznivých reálných vlastností polovodičových spínacích prvků, zejména pokud jde o odpor spínače v sepnutém stavu jakož i o změny tohoto odporu v závislosti na protékajícím proudu nebo na okolní teplotě, a to vše za relativně nízké pořizovací náklady.

Příkladné provedení zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením podle vynálezu je znázorněno na výkrese.

Zapojení zahrnuje především invertující vstup 1, neinvertující vstup 2 a výstup 3, všechny se společným vodičem 4. Zapojení dále Obsahuje operační zesilovač 5 opatřený invertujícím vstupem 6, neinvertujícím vstupem 7 a výstupem 8. Řídicí obvod 9 spínačů 11, 12, 13, 14 je opatřen alespoň dvěma výstupy 10. Dále zapojení obsahuje alespoň dva spínače 11, 12 invertujícího vstupu 6 operačního zesilovače 5 opatřené řídicím vstupem 15. Dalším prvkem zapojení je sériová kombinace 19 alespoň tří odporů 16, 17, 18 invertujícího vstupu 1 zapojení. Obsahuje také alespoň dva spínače 13, 14, neinvertujícího vstupu 7 operačního zesilovače 5 opatřené řídicím vstupem 15 a sériovou kombinaci 23 alespoň tří odporů 20, 21, 22 neinvertujícího vstupu 2 zapojení.

Výstup 8 operačního zesilovače 5 je připojen jednak k výstupu 3 zapojení a jednak přes sériovou kombinaci 19 alespoň tří odporů 18, 17, 18 invertujícího vstujpu 1 zapojení k invertujícímu vstupu 1 zapojení. Mezi jednotlivé odpory 16, 17, 18 sériové kombinace 19 invertujícího vstupu 1 zapojení jsou jednotlivě připojeny spínače 11, 12 invertujícího vstupu 6 operačního zesilovače 5. Druhé ikonce uvedených spínačů 11, jsou připojeny k invertujícímu vstupu 6 operačního zesilovače 5.

Mezi neinvertující vstup 2 zapojení a společný vodič 4 je zapojena sériová kombinace 23 neinvertujícího vstupu 2 zapojení. Sériová kombinace 23 neinvertujícího vstupu 2 zapojení sestává alespoň ze tří odporů 20, 21, 22. Mezi jednotlivé odpory 20, 21, 22 sériové kombinace 23 neinvertujícího vstupu 2 zapojení jisou jednotlivě připojeny spínače 13, 14 neinvertujícího vstupu 7 operačního zesilovače 5. Druhé konce uvedených spínačů 13, 14 jsou připojeny k neinvertujícímu vstupu 7 operačního zesilovače 5. Řídicí vstupy 15 spínačů 11, 12, 13, 14 každé odpovídající si dvojice spínačů 11, 13 a 12, 14 jsou navzájem propojeny a připojeny ke svému příslušnému výstupu 10 řídicího obvodu 9 spínačů 11, 12, 13, 14.

Příkladné provedení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením je osazeno diferenčním operačním zesilovačem 5, který pracuje v tak zvaném rozdílovém uspořádání. Při provozu rozdílového zesilovače je ineznázorněným elektrickým signálem z některého zvoleného výstupu 10 řídicího obvodu 9 spínačů 11, 12, 13, 14 sepnuta pouze jedna odpovídající si dvojice spínačů 11, 13 nebo 12, 14. Je-li sepnut n-tý spínač 11 nebo 12 a druhý spolu s ním ovládaný n-tý spínač nebo 14, přičemž všechny ostatní dvojice spínačů 11, 13 nebo 12, 14 jsou rozpojeny a bude-li

N N ^ ^{= R}n, ia.

Σ2 ΣΖ ^r2v~

X=7 ^,K J/=Í «Ζ7⁺ΣΣΞ Rzy,*(i-*n)^Rt p=ii+4 p=n+í kde Rzi značí poslední odpor 18 sériové kombinace 19 invertujícího vstupu 1 izapojení, Rm n-tý odpor 16, 17, 18 mimo posledního odporu 18 sériové kombinace 19, R_Z2 poslední odpor 22 sériové kombinace 23, R_2n n-tý 20, 21, 22 mimo posledního odporu 22 sériové kombinace 23 neinvertujícího vstupu 2 zapojení, kde n je z oboru přirozených čísel od 1 do N a udává, která odpovídající si dvojice spínačů 11, 13 inebo 12, 14 je právě sepnuta a současně :značí pořadové číslo odporů 16, 17 nebo odporů 20, 21, dále R_iu značí v-tý odpor 16, 17, 18 mimo posledního odporu 18 sériové kombinace 19, R_2u υ-tý odpor 20, 21, 22 mimo posledního odporu 22 sériové kombinace 23, kde v je opět z oboru přirozených čísel od 1 do N a označuje pořadové číslo odporů 16, 17 nebo odporů 20, 21, a_n je bezrozměrná veličina z Intervalu (0,1 > a R označuje prakticky libovolně zvolenou hodnotu odporu, dostaneme na výstupu napětí __Q

Uo = -— (U2— Ul) = k_n (U2—Ul).

a_n

Zde u₀ značí výstupní napětí rozdílového zesilovače, ui napětí invertujícího vstupu 1 zapojení, U2 napětí neinvertujícího vstupu 2 zapojení, a k_n označuje absolutní hodnotu přenosu rozdílového zapojení v n-tém případě.

Jednotlivé odpory zapojení rozdílového zesilovače se ipak určují na základě následujících vztahů.

Rn = R21 = aiR,

Rin = R_2n = (a_n — a_n-i)R pro n > 1,

Rzi ⁼ Rz2 ⁼ (1 — Sn) R>

kde bezrozměrová veličina ;

^an ~ l+ k_n ·

Uspořádání zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením podle vynálezu je možno s výhodou aplikovat všude tam, kde je zapotřebí dálkově nebo automaticky přepínat zesílení rozdílového zesilovače. Zapojení je především vhodné pro aplikace v měřicích ústřednách, v zařízeních automatizační techniky inebo v zařízeních pro chemickou instrumentaci.

Claims (1)

1. Zapojení rozdílového zesilovače s přepínatelným zesílením opatřené invertujícím vstupem, neinvertujícím vstupem a výstupem a obsahující operační zesilovač s invertujícím a neinvertujícím vstupem a dále výstupem, řídicí obvod spínačů opatřený alespoň dvěma výstupy, alespoň dva spínače invertujícího vstupu operačního zesilovače opatřené řídicím vstupem a sériovou kombinací alespoň tří odporů invertujícího vstupu zapojení, dále alespoň dva spínače neinvertujícího vstupu operačního zesilovače 0patřené řídicím vstupem a sériovou kombinaci alespoň tří odporů neinvertujícího vstupu zapojení, a společný vodič, když výstup operačního zesilovače je připojen jednak k výstupu zapojení, jednak přes sériovou kombinaci alespoň tří odporů invertuvynalezu jícího vstupu zapojení k invertujícímu vstupu zapojení, přičemž mezi jednotlivé odpory sériové kombinace invertujícího vstupu zapojení jsou jednotlivě připojeny spínače invertujícího vstupu operačního zesilovače, když druhé konce uvedených spínačů jsou připojeny k invertujícímu vstupu operačního zesilovače, vyznačující se tím, že mezi neinvertující vstup (2) zapojení a společný vodič (4) je zapojena sériová kombinace (23) neinvertujícího vstupu (2) zapojení, sestávající z alespoň tří odporů (20, 21, 22), mezi nimiž jsou jednotlivě připojeny spínače (13, 14) neinvertujícího vstupu (7) 0peračního zesilovače (5), a druhé ikonce spínačů (13, 14) jsou připojeny k neinvertujícímu vstupu (7) operačního zesilovače (5), přičemž řídicí vstupy (15) spínačů (11, 12, 13, 14) každé odpovídající si dvojice spínačů (11, 13) a (12, 14) jsou navzájem propojeny a připojeny k příslušnému výstupu (10) řídicího obvodu (9) spínačů (11, 12,