CS231876B1 - ) Způsob provozního, nezávislého nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí stejnosměrného zesilovače a zapojení k provádění tohoto nastavení - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu provozního nezávislého nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí stejnosměrného zesilovače a zapojení k provádění tohoto nastavení, při dané, až v provozu známé, minimální a maximální hodnotě vstupní napětí.

Požadavek nezávislého nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí stejnosměrného zesilovače se nejčastěji vyskytuje při zpracování signálu ze snímačů s posunutou fyzikální nulou měřené veličiny nad elektrickou nulu měronosného napětí, nebo proudu, aE již z důvodů hlídání celistvosti vedení, nebo z důvodu principielních vlastností snímače.

Závislost výstupního napětí ,u₂-na vstupním napětí u zesilovače v těchto aplikacích má tvar posunuté přímky ““ ““

u. k.u. + u„ l o /1/, kde ,u₂ je výstupní napětí zesilovače, je zesílení zesilovače,. je vstupní signálové napětí~a u_q je výstupní napětí pro nulové vstupní signálové napětí7”to znamená úsek,' který přímkaTl/ vytíná na souřadné ose. ,u₂·

Úkolem provozního nastavení je změna zesílení k a změna úseku u_Q tak, aby závislost /1/ procházela dvěma body, určenými například požadovaným výstupním napětím při minimálním vstupním napětí a požadovanou velikostí výstupního napětí při maximálním vstupním napětí.

Samozřejmým požadavkem zde je nezávislost nastavení obou parametrů a prakticky přijatelná stabilita nastavení.

Dosud používané způsoby nezávislého nastavení a zapojení pro jejich provádění řeší situaci, kdy minimální vstupní signálové napětí u^, při kterém má být nastaveno klidové výstupní napětí .u₂, je nulové.

To znamená, že je předem znám úsek u_Q, který přímková závislost /1/ vytíná na ose u₂·

V tom případě lze poměrně snadno obvodové“realizovat a prakticky provádět nezávislé nastavení výstupního napětí v obou mezních stavech vstupního napětí, to znamená provádět nastavení při nulové a maximální hodnotě vstupního napětí.

Obtíže u dosud známých způsobů nastavení a zapojení pro jejich provádění, nastávají v případě, kdy minimální vstupní signálové napětí, například odpovídající fyzikální nule měřené veličny, není nulové, a kdy právě při tomto nenulovém, minimálním vstupním napětí je třeba nastavit jisté, určité výstupní napětí a současně při maximálním vstupním napětí, jisté maximální výstupní napětí.

Tuto situaci lze charakterizovat jako problém ustavení polohy přímky /1/ tak, aby procházela dvěma danými, až v provozu známými, body ležícími mimo souřadné osy u₂,. u^. Dosáhnout nezávislého nastavení výstupního napětí v obou mezních stavech vstupního“napetí je bez znalosti úseku .u₀, u dosud známých způsobů nastavení a zapojení pro tato nastavení, nemožné

Známé způsoby nastavení a známá zapojení vyžadují měření vstupního napětí v obou mezních stavech, výpočet potřebného zesílení s ohledem na požadovaný rozkmit výstupního napětí jako pomocnou hodnotu pro výpočet úseku .u^ podle /1/, jehož znalost u dosud známých způsobů nastavení a známých zapojení teprve umožňuje nezávislé nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí.

Dvedené nevýhody jsou na minimum sníženy způsobem nastavení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstupní napětí u₂ zesilovače se pro minimální hodnotu vstupního napětí ,u₁ nejprve vynuluje z pomocného zdroje kompenzačního napětí nebo proudu, který se při3 pojí na vstup zesilovače, přičemž se následně nastaví potřebné zesílení k zesilovače tak, že při maximálním vstupním napětí, .u^se na výstupu zesilovače nastaví rozdíl požadované, známé, maximální a minimální hodnoty výstupního napětí u₂.

Požadovaný stejnosměrný posuv se nakonec nastaví při jedné z mezních hodnot vstupního napětí .u_x, po odpojení zdroje pomocného kompenzačního napětí nebo proudu, z funkčního kompenzačnTHo zdroje napětí, nebo proudu trvale připojeného na vstupu zesilovače.

Podstata zapojení spočívá v tom, že do sčítacího uzlu invertujícího vstupu operačního zesilovače v invertujícím zapojení je současně, kromě jednoho konce vstupního odporu a jednoho konce sériové kombinace pevného zpětnovazebního odporu s proměnným zpětnovazebním odporem, připojen jeden konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu s proměnným funkčním kompenzačním odporem, přičemž druhý konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu s proměnným funkčním kompenzačním odporem je připojen do uzlu kompenzačního děliče, kde je připojen jeden konec prvního odporu kompenzačního děliče, dále jeden konec druhého odporu kompenzačního děliče a jeden konec sériové kombinace pevného pomocného kompenzačního odporu s proměnným pomocným kompenzačním odporem, přičemž druhý konec prvního odporu kompenzačního děliče je připojen v sérii přes zdroj funkčního kompenzačního napětí na společný -signální vodič, na který je rovněž připojen druhý konec druhého odporu kompenzačního děliče.

Druhý konec sériové kombinace pomocného kompenzačního odporu s proměnným pomocným kompenzačním odporem je připojen v sérii přes pomocné propojovací svorky a zdroj pomocného kompenzačního napětí na společný signální vodič.

Výhodou způsobu nastavení a zapojení k tomuto nastavení podle vynálezu je jednoduché přiřazení dvojice hodnot výstupního napětí pro libovolnou dvojici hodnot vstupního napětí, v mezích lineárního přenosu zesilovače, tedy možnost nastavení polohy přímky /l/,tak, aby procházela dvěma body, ležícími mimo souřadné osy u₂,. .

Dvojici hodnot vstupního napětí .Uj, v obou mezních stavech, není přitom třeba přesně znát, měřit ani jinak určovat, postačT*ji na vstup zesilovače postupně připojit. Výhodou dále je, že stabilitu nastavení ovlivňuje, pomineme-li zanedbatelný vliv pevných odporů, kromě zpětnovazebního proměnného odporu., pouze funkční kompenzační proměnný odpor a funkční zdroj kompenzačního napětí.

Zdroj pomocného kompenzačního napětí a pomocný kompenzační proměnný odpor jsou po nastavení, to znamená po rozpojení pomocných svorek, vyřazeny z činnosti a stabilitu nastavení neovlivňují.

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 schematicky znázorněno příkladné provedení zapojení podle vynálezu. Na obr. 2 je uveden ťjraf přímky /1/, názorně ilustrující požadavek na ustavení její polohy.

Konkrétní provedení zapojení podle obr. 1 sestává z operačního zesilovače 14 v invertujícím zapojení, do jehož invertujícího vstupu je ve sčítacím uzlu 17, kromě jednoho konce vstupního odporu' _1 ^a jednoho konce sériové kombinace pevného zpětnovazebního odporu _3 s proměnným zpětnovazebním odporem £ připojen jeden konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu' 5 s proměnným funkčním kompenzačním odporem £, přičemž druhý konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu £ s proměnným funkčním kompenzačním odporem 4 je připojen do uzlu 15 kompenzačního děliče, kde je připojen jeden konec prvního odporuj kompenzačního děliče, dále jeden konec druhého odporuj kompenzačního děliče a jeden konec sériové kombinace pevného pomocného kompenzačního odporu 10 s proměnným pomocným kompenzačním odporem 9, přičemž druhý konec prvního odporu' 7 kompenzačního děliče je připojen v sérii přes zdroj' _6 funkčního kompenzačního napětí na společný signální vodič 16, na který je rovněž připojen druhý konec druhého odporu J kompenzačního děliče.

Druhý konec sériové kombinace pevného pomocného kompenzačního odporu 10 s proměnným pomocným kompenzačním odporem £ je připojen v sérii pomocné propojovací svorky ll, 12 a zdroj' 13 pomocného kompenzačního napětí na společný signální vodič 16.

Funkce obvodu podle obr, 1 je následující. Předpokládejme nejprve, že pomocné propojovací svorky 11, 12 jsou rozpojeny. Při minimální hodnotě vstupního napětí Uj min přitéká do sčítaoího uzlu '17 z výstupu operačního zesilovače' 14 proud i₂, určený velikostí napětí u^ min, velikostí vstupního odporu £, velikostí napětí zdroje funkčního kompenzačního napětí' £, spolu s velikostí proměnného funkčního kompenzačního odporu .4, pevného funkčního kompenzačního odporu 5, prvního odporu 2 kompenzačního děliče a druhého odporu £ kompenzačního děliče.

Proud i₂ je určen součtem proudů i₁ a i'. Změnou proměnného funkčního kompenzačního odporu i., to znamená změnou proudu i' můžeme sice, jak je známo z obvyklých zapojení, nastavit /v mezích lineární funkce operačního zesilovače' 14/ napětí u₂ min při minimálním vstupním napětí u^min, avšak toto nastavení se poruší při jakémkoliv pokusu nastavit maximální hodnotu výstupního napětí Ujinax při maximální hodnotě vstupního napětí u^max, to znamená při změně zesílení operačního zesilovače' 14 zásahem do zpětnovazební sítě, at již změnou velikostí proměnného zpětnovazebního odporu' £, pevného' zpětnovazebního odporu 3.» nebo vstupního odporu .1.

Nezávislé nastavení požadovaných hodnot výstupního napětí u₂min, u₂max pro postupně připojená vstupní napětí u^min, u^max, tedy v tomto stavu obvod ještě neumožňuje.

Propojením pomocných propojovacích svorek 11,' 12 a při nastavení vhodné velikosti proměnného pomocného kompenzačního odporu' 9. přitéká do sčítacího uzlu 17 pomocný kompenzační proud i_k, kterým se vynuluje výstupní napětí u₂ při minimálním vstupním napětí u^jnin.

Tomu odpovídá posun přímky /1/, podle obr. 2 ve svislém směru tak, že osu protíná v obě u₁min. Při tomto vyvážení vymizí z rovnice určující velikost výstupního napětí u₂ hodnota proměnného a pevného zpětnovazebního odporu' 1, _3, takže vyvážení pro u^ u^min se neporuší při nastavení jakékoliv jiné velikosti výstupního napětí u₂ pro u^min pomocí proměnného zpětnovazebního odporu £.

V obr. 2 se při nastavování u₂ pro u^min pomocí proměnného zpětnovazebního odporu' 2 mění sklon přímky, protínající osu u^ v bodě u^mán. Podstatné přitom je, že poloha průsečíku přímky s osou u₁ se nemění, to znamená, že přímka při změně sklonu stále protíná osu Uj^ v bodě Uj^min.

To umožňuje při připojení maximálního vstupního napětí u^max nastavit, pomočíproměnného zpětnovazebního odporu £, takové výstupní napětí u₂, které je rovno rozdílu maximální a minimální hodnoty požadovaného výstupního napětí u₂ v obou mezních stavech vstupního napětí u₂·

Po rozpojení pomocných propojovacích svorek' 11,' 12, přestane do sčítaoího uzlu 17 přitékat pomocný kompenzační proud Tím dojde k posuvu výstupního napětí u₂, jehož požadovaná hodnota se nastaví při jedné z mezních hodnot vstupního napětí u^ pomocí proměnného funkčního kompenzačního odporu 4,.

Rozsah nastavitelnosti proměnného zpětnovazebního odporu' £ a proměnného funkčního kompenzačního odporu' 4, vymezený pevným zpětnovazebním odporem _3 a pevným funkčním kompenzačním odporem 5, je volen jen nezbytně nutný pro kompenzaci očekávaného rozptylu' vstupního signálového napětí u^ v obou mezních stavech.

První odpor £ a druhý odpor £ kompenzačního děliče umožňuje snížení potřebné hodnoty proměnného funkčního kompenzačního odporu £ a proměnného pomocného kompenzačního odporu 9 na, z hlediska stability nastavení, prakticky únosnou mez.

Jako zdroj' '12 pomocného kompenzačního napětí lze použít příslušné větve napájecího napětí obvodu, neboí na dlouhodobou stabilitu zdroje' '13 pomocného kompenzačního napětí nejsou kladeny žádné požadavky.

Ze zapojení podle obr. 1 a popisu funkce obvodu lze vyvodit tříkrokový postup jednoznač ného, nezávislého nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí zesilovače. Pro minimální vstupní napětí Ujinin, se při propojení pomocných propojovacích svorek 11, 12 nastaví nulové výstupní napětí operačního zesilovače 14, hrubě proměnným pomocným kompenzačním odporem 9 a jemně proměnným funkčním kompenzačním odporem £.

Pro maximální vstupní napětí u^max se, rovněž při propojení pomocných propojovacích svorek ll,' £2, nastaví proměnným zpětnovazebním odporem £ výstupní napětí.

u₂ u₂max - u₂min /2/ kde u₂max, respektive u₂min jsou předem známá, požadovaná výstupní napětí zesilovače v obou mezních stavech připojeného vstupního napětí. Tím se nastaví potřebné zesílení, vzhledem k vloženému rozsahu vstupního napětí.

Pro. .u^inín, respektive u^max, se nakonec po rozpojení pomocných propojovacích svorek ' '11,' £2 nastaví požadovaná velikost výstupního napětí u₂min, resp. u₂max proměnným funkčním kompenzačním odporem £. “~^— ~~“

Z početního rozboru zapojení na obr. 1 i fyzikálního názoru plyne, že v pomocném, vynulovaném stavu operačního zesilovače' '14 odpadne závislost tohoto vyváženého stavu na velikosti proměnného zpětnovazebního odporu' £ i pevného zpětnovazebního odporu £, takže je možné při maximálním vstupním napětí nastavit změnou proměnného zpětnovazebního odporu £ požadované výstupní napětí podle /2/ a po odpojeni pomocného kompenzačního zdroje napětí respektive proudu je možné nastavit libovolně posuv výstupního napětí při jedné z mezních hodnot vstupního napětí pomocí proměnného funkčního kompenzačního odporu £.

Výsledkem je, že v popsaných třech krocích se operační zesilovač 14 nastaví tak, že pro minimální vstupní napětí .u^min nabývá výstupní napětí operačního zesilovače 14 požadované hodnoty u₂min a pro maximální vstupní napětí u^max, nabývá výstupní napětí operačního zesilovače £4 poradované hodnoty u₂max.

Stabilitu nastavení příznivě ovlivňuje zejména skutečnost, že po ukončeném nastaveni, po rozpojení pomocných propojovacích svorek 11, 12, nemá poloha proměnného pomocného kompenzačního odporu' £, ani případná nestabilita zdroje 13 pomocného kompenzačního napětí vliv na stabilitu výstupního napětí.

Pomocné propojovací svory 11, 12, například miniaturní zdířky propojitelné kablíkem, je výhodné umístit přímo na elektronickou desku, nebo její nosný rámeček tak, aby byly dostupné poblíž proměnného zpětnovazebního odporu £, proměnného funkčního kompenzačního odporu' 4 a proměnného pomocného kompenzačního odporu' 9.

Pro využití v praxi je výhodné, že zapojení umožňuje nastavit požadované výstupní napětí zesilovače u₂min, u₂max pro předem neznámé velikosti napětí u^min, u^max, které mohou být dány např. mezními stavy čidel, připojenými na vstup zesilovače.

Vynález může být využit u snímačů s posunutou fyzikální nulou měřené veličiny nad elektrickou nulu měronosného napětí nebo proudu, například u snímačů, obsahujících reálné odporové vysílače.

Jejich odpor při nulovém úhlu vytočení není nulový, ale vykazuje kus od kusu poměrně značný rozptyl v rozsahu do 10 Ck , stejně jako jejich odpor při maximálním úhlu vytočení, který vykazuje značný rozptyl okolo jmenovité hodnoty.

Rovněž napěňové, nebo proudové výstupy řady aktivních snímačů poskytují, obvykle záměrně, například z důvodu hlídání celistvosti vedení, nebo z důvodu napájení snímače, nenulový výstupní signál pro nulovou hodnotu snímané fyzikální veličiny.

Ve všech těchto případech je výhodné provádět nastavení způsobem a zapojením podle vynálezu, bez pomocných výpočtů, při skutečných mezních stavech vstupního napětí. Při provozním využití zvláště vyniká jednoduchý a přesný způsob popsaného nastavení.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob provozního nezávislého nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí stejnosměrného zesilovače, vyznačený tím, že výstupní napětí zesilovače se pro minimální hodnotu vstupního napětí nejprve vynuluje z pomocného zdroje kompenzačního napětí, nebo proudu, který se připojí na vstup zesilovače, přičemž se následně nastaví potřebné zesílení zesi-. lovače tak, že při maximálním vstupním napětí se na výstupu zesilovače nastaví rozdíl požadované, známé, maximální a minimální hodnoty výstupního napětí, a dále že se po odpojení pomocného kompenzačního napětí, nebo proudu, při jedné z mezních hodnot vstupního napětí, nastaví požadovaný stejnosměrný posuv výstupního napětí zesilovače z funkčního kompenzačního zdroje napětí, nebo proudu, trvale připojeného na vstupu zesilovače.

2. Zapojení pro způsob nezávislého, provozního nastavení zesílení a posuvu výstupního napětí stejnosměrného zesilovače, podle bodu 1, s operačním zesilovačem v invertujícím zapojení a doplňujícími kompenzačními obvody, vyznačené tím, že do sčítacího uzlu /17/ invertujícího vstupu operačního zesilovače /14/ v invertujícím zapojení je současně, kromě jednoho konce vstupního odporu /1/ a jednoho konce sériové kombinace pevného zpětnovazebního odporu /3/ s proměnným zpětnovazebním odporem /2/, připojen jeden konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu /5/ s proměnným funkčním kompenzačním odporem /4/, přičemž druhý konec sériové kombinace pevného funkčního kompenzačního odporu /5/ s proměnným funkčním kompenzačním odporem /4/ je připojen do uzlu /15/ kompenzačního děliče, kde je připojen jeden konec prvního odporu /7/ kompenzačního děliče, dále jeden konec druhého odporu /8/ kompenzačního děliče a jeden konec sérivé kombinace pevného pomocného kompenzačního odporu /10/ s proměnným pomocným kompenzačním odporem /9/, přičemž druhý konec prvního odporu /7/ kompenzačního děliče je připojen v sérii přes zdroj /6/ funkčního kompenzačního napětí na společný signální vodič /16/, na který je rovněž připojen druhý konec druhého odporu /8/ kompenzačního děliče a dále, že druhý konec sériové kombinace pomocného kompenzačního odporu /10/ s proměnným pomocným kompenzačním odporem /9/ je připojen v sérii přes pomocné propojovací svorky /11/,/12/ a zdroj /13/ pomocného kompenzačního napětí na společný signální vodič /16/.