CS233353B1 - Zapojeni rozdílového analogového multiplexeru - Google Patents

Abstract

Vynález ae týká zapojeni rozdílového analogového nultiplexu. Podstatou vynálezu je, žo k neinvertujíoímu vstupu operačního zesilovače jsou přes řldiolm obvode· řízené aplnača připojeny odporové děliče, k jejichž vstupům ae přikládá vstupní napětí, od ktorého ae odečítá vstupní napětí, přiváděné obdobný· způsobe· k invertujícímu vstupu operačního zesilovače. Vynález je a výhodou možno využit v aěřicíoh přístrojích či měřicích ústřednách, a to zejména pro dálkové či automatické ovládáni.

Description

Vynález se týká zapojeni rozdílového analogového multiplexeru, tvořeného operačním zesilovačem, k jehož invertu jí čímu vstupu jsou připojeny první vstupy prvního až N—tého spínače prvního až N—tého odporového déliče invertu— jícího vstupu, kde N je počet invertujících vstupů zapojení, druhý vstup každého n—tého spínače n—tého odporového děli·» če invertujícího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozme·· zi od 1 do Jí, je spojen s prvním vývodem vstupního odporu a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu a—tého odporového děliče invertujíeí&e vstupu, řídicí vstup každého n—tého spínač· n—tého odporového děliče invertujícího vstupu je připojen k n-tému výstupu prvního řídicího obvodu, druhé vývody zpětnovazebních odporů prvního až N—tého odporového děliče invertujícího vstupu jsou připojeny k výstupu operačního zesilovače a druhý vývod vstupního odporu každého a—tého odporového děliče invertujícího vstupu je spojen s n—tým invertujícím vstupem zapojení.

Multiplexer pro analogové signály je zpravidla součástí zařízení měřicích ústředen, kdo se různé vstupní elektric* ké analogové signály přepínají například automaticky nebo dálkově z místa obsluhy zařízení do jednoho měřicího bodu·

V některých aplikacích je vhodné, aby multiplexer mimo základní funkce, to je přepínání několika signálů do jednoho měřicího bodu, současně prováděl rozdíl dvou zvolených vstup- 2 233 353 nich napětí. Takový multiplexer je pak znám pod názvem rozdílový analogový multiplexer.

Rozdílový analogový multiplexer lze řešit několika způsoby. Nejednodušším řešením je rozdílový multiplexer obsahující standartní rozdílový zesilovač, například osazený operačním zesilovačem, který má k invertujíčímu a neinver— tujícímu vstupu připojeny mechanické přepínače, jejichž prostřednictvím jsou přiváděná elektrická signály podle požadavků přepínány k invertujícímu či neinvertujícímu vstupu.

Nevýhodou tohoto řešení je omezená rychlost přepínání a v neposlední řadě taká mechanická nespolehlivost tohoto typu rozdílového multiplexeru. V některých aplikacích je je— i

ho nevýhodou taká to, že není vhodný k dálkovému ovládání a k ovládání pomocí elektrického signálu vůbec.

V dalším známém řešení rozdílového multiplexeru jsou použity elektromechanické přepínače realizované řadou relé. Nevýhodou tohoto řešení obdobně jako u rozdílových multiplexerů s mechanickými přepínači, je omezená rychlost přepínání a značná mechanická nespolehlivost.

Proto se zejména pro účely rychlého a spolehlivého přepínání používají rozdílové multiplexery s polovodičovými přepínači. Jsou to zpravidla zapojení, kde mechanické nebo

- 3 233 353 elektromechanické přepínače jsou přímo nahrazeny polovodičovými přepínači.

Nevýhodou těchto známých zapojení rozdílových multiplexerů je, že se nepříznivě projevují reálné vlastnosti použitých polovodičových spínačů, především nenulový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu na protékajícím proudu a na okolní teplotě. Vzhledem k zapojení těchto multiplexerů je nutno odpor spínače považovat za součást odporové sítě multiplexeru, což vede k nepřesnosti a nestabilitě nastaveného přenosu multiplexeru.

Tyto nevýhody do značné míry odstraňuje zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu, jehož podstatou je, že k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače jsou připojeny první vstupy spínačů prvního až. M-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, kde M je počet neinvertujících vstupů zapojení, druhý vstup každého m-tého spínače m-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu m—tého odporového děliče neinvertujícího vstupu, řídicí vstup každého m-tého spínače φ-tého odporového děliče neinvertujícího vstupu je připojen vždy k m—tému výstupu druhého řídicího obvodu, druhé vývody zpětnovazebních odporů prvního až M-tého odporového děliče jsou spojeny se

233 383 společným vodičom, přičemž druhý' vývod vstupního Odporu každého n-tého odporového děliče jo spojen vždy ⁸ n-tým noinvortujíeím vstupom zapojení·

Výhodou zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu je praktické potlačení nepři znivých reálných vlastností polovodičových spínacích prvků, zejména pokud jde o nenulový odpor spínače v sepnutém stavu a nelineární závislost tohoto odporu aa protékajícím proudu a na okolní teplotě·

Příkladné provedení zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vynálezu je znázorněno aa výkrese·

Zapojení rozdílového analogového multiplexeru Je tvořeno operačním zesilovačem 1, k jehož invortujícímu vstupu jsou připojeny první vstupy prvního až lf-tého spínače 811 až SIM prvního až M-tého odporového děliče DII až DUT, kdo lf je počet iavertujících vstupů zapojení· Druhý vstup každého n-tého spínače Sjfen—tého odporového děliče Plh invertuj ícího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu Rln a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu R2n n—tého odporového děliče Din invertujícího vstupu· §ídicí vstup každé— o

ho n—tého spínače 8In n-tého odporového děliče Din invertujícího vstupu je připojen k n-tému výstupu prvního ř/dicího

233 3S3 obvodu 2. Druhé vývody zpětnovazebních odporů R21 až R2N prvního až N—tého odporového děliče DII až DIN invertují» čího vstupu Jsou připojeny k výstupu operačního zesilovače i a druhý vývod vstupního odporu Rln každého n-tého odporového děliče Din invertujícího vstupu je spojen vždy s n-tým invertujícín vstupem ln zapojení. K ne invertují čímu vstupu operačního zesilovače χ Jeou připojeny první vstupy spínačů SNI až SNM prvního až M-tého odporového děliče D21 až D2M neinvertujícího vstqpu, kde M je počet neinvertujících vstupů zapejepí. Druhý vstup každého m—tého spínače §gm m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M, je spojen vždy s prvním vývodem vstupního odporu R3m a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu R4m m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu. $ídicí vstup každého* m-tého spínače SHm m-tého odporového děliče D2m neinvertujícího vstupu je připojen vždy k m-témm výstupu druhého řídicího obvodu 2· Druhé vývody zpětnovazebních odporů R4l až R^M prvního až M—tého odporového děliče D21 až D2M jsou spojeny ee společným vodičem k. Druhý vývod vstupního odporu R3m každého m-tého odporového děliče D2m je spojen s m-tým neinvertujícím vstupem 2m zapojení.

V činnosti je rozdílový analogový multiplexer podle vynálezu osazen diferenčním operačním zesilovačem 1, který

233 3S3 pracuje v rozdílové· uspořádání· Vstupní napití, které ná být v konečném výsledku odečteno, se přivádí proti společnému vodiči 4 na příslušný invertující vstup 11 až 1N zapojení, to je na druhý vývod vstupního odporu »11 až R1N příslušného odporového dšliče PII až DIK invertujícího vstupu· Vstupní napétí, od kterého se v konečném výsledku odečítá, ee pak přivádí proti epoločnénu vodiči 4 na příslušný neinvertující vstup 21 až 2M zapojení, to je na druhý vývod vstupního odporu »31 až R3M příslušného odporového dšliče P21 až D2M neinvertujiciho vstupu· Při provozu rozdílového multiplexeru je neznázornšným elektrickým řídicím signálem z výstupu prvního řídicího obvodu _2 spínačů Sil až SIN prvního až N—tého odporového dšliče PII až DIN invertujícího vstupu sepnut pouze jediný zvolený spínač Sin n-tého odporového dšliče Pln invertujícího vstupu a současné je jiným neznázorněným řídicím signálem z výstupu druhého řídicího obvodu 2 spínačů SNI až SNM prvního až M—tého odporového dšliče P21 až P2M neinvertujiciho vetupu sepnut pouze jediný zvolený spínač SNm m—tého odporového dšliče P2m neinvertujícího vstupu. Výstupní napští se odbírá z výstupu £ zapojení proti společnému vodiči 4. Jsou-li tedy sepnuty pouze n-tý spínač Sin n-tého odporového dšliče Din invertujícího vstupu a m-tý spínač SNm m-tého odporového dšliče D2m neinvertujícího vstupu a všechny ostatní spínače ze skupiny spínačů Sil až SIN prvního až N-tého odporového dšliče Pil f$ž gJN

233 3S3 invertujícího vstupu a SNI až SNM prvního až M—tého odporového děliče P21 až P2M neinvertujíčího vstupu jsou rozpojeny, je výstupní napětí

R2n

Sin

S4m

R3m+ S4m u2m —

R2n

Sin uln kde uG značí napětí na výstupu 2. zapojení, uln značí vstupní napětí n-tého invertujícího vstupu ln zapojení, Sin značí hodnotu vstupního odporu Sin n-tého odporového děliče Pln invertujícího vstupu, S2n značí hodnotu zpětnovazebního odporu R2n n-tého odporového děliče Pln invertujícího vstupu* kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, u2m značí vstupní napětí m-tého neinvertují čího vstupu 2m. S3m značí hodnotu vstupního odporu R3m m—tého odporového děliče P2m neinvertují čího vstupu a S4m značí hodnotu zpětnovazebního odpo>ru S4m m—tého odporového děliče P2m neinvertujícího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M.

Ostatní nevyužitá napětí, která jsou připojena k invertuj ícím vstupům 11 až IN zapojená, jsou přes ostatní odporové děliče Pil až DIN invertujícího vstupu přivedena k výstupu £ zapojení· Protože výstup operačního zesilovače 1 představuje tvrdý zdroj napětí, nemají tato nevyužitá napětí na činnost Zapojení prakticky vliv. Ostatní nevyužitá napětí, která jsou připojena k neinvertují cím vstupům 21 až 2M se také neuplatní.

233 353

Zvolí-li se příkladně

SŽS . K&ffi „ _k Rln R3m kde Rln značí hodnotu vstupního odporu Rln n-tého odporového děliče Din invertují čího vstupu, R2n značí hodnotu zpětnovazebního odporu R2n n-tého odporového děliče Plh invertujíčího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, R3m značí hodnotu vstupního odporu R3a a—tého odporového děliče Dga neinvertujíeího vstupu, Rěa značí hodnotu zpětnovazebního odporu R4a a-tého odporového děliče D2a neinvertujíeího vstupu, kde a js přirozené číslo v rozmezí od 1 do M a k značí absolutní hodnotu přenosu rozdílového multiplexeru uO u2m — uln kde uO je napětí na výstupu 2 zapojení, Uln značí vstupní napětí n-tého invertu jícího vstupu a u2a značí vstupní napětí a-tého neinvertujíeího vstupu 2a, přičemž η je přirozené číslo v rozsahu od 1 do N a a je přirozené čísle v rozsahu od 1 do M, lze z předcházejícího pro napětí uO na výsťw pu 2 zapojení prostým aitaetickým úkonem odvodit uO β k ( u2m - ul n).

Právě nevyužívané Invertující vstupy 11 až IN zapojení

233 3S3 jeou přes odpovídající odporové dělič· DII až DIN invertujícího vstupu připojeny přímo na výstup operačního zesilovače 1. Každý nevyužívaný invertující vstup 11 až IN zapojení se proto jeví jako zdroj o napětí daném výstupním napětím zapojení e vnitřním odporem daným odpovídajícím odporovým děličem DII až DIN. V řadě aplikací však tato okolnost není na závadu.

Zapojení rozdílového analogového multiplexeru podle vy nálezu^ lze aplikovat- všude tam, kde je třeba rychle a přesně přepínat elektrické signály do jednoho měřicího bodu, přičemž je současně nutno provést rozdíl dvou zvolených vstupních napětí. Napojení je především vhodné pro dálkové či automatické ovládání a je ho proto možno použít v měřicích přístrojích či. měřicích ústřednách.

Claims (1)

1. Zapojení rozdílového analogového multiplexeru, tvořeného operačním zesilovačem, k jehož invertujíeímu vstupu jsou připojeny první vstupy prvního až N-tého spínače pivního až N-tého odporového děliče invertujícího vstupu, kde N je počet invertujícíoh vstupů zapojení, druhý vstup každého n-tého spínače n-tého odporového děliče invertujícího vstupu, kde n je přirozené číslo v rozmezí od 1 do N, je spoI jen s prvním vývodem vstupního odporní a s prvním vývodem zpětnovazebního odporu n-tého odporového děliče invertujícího vstupu, řídicí vstup každého n-tého spínače n-tého odporového děliče invertujícího vstupu je připojen k n-tému výstupu prvního řídicího obvodu, druhé vývody zpětnovazebních odporů prvního až N-tého odporového děliče invertujícího vstupu jsou připojeny k výstupu operačního zesilovače a druhý vývod vstupního odporu každého n-tého odporového děliče invertujícího vstupu je spojen s n-tým invertujícím vstupem zapojeni, vyznačující ee tím, že k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače (l) jsou připojeny první vstupy spínačů (SNÍ až SNM) prvního až M-tého odporového děliče (D21 až D2M) neinvertujicího vstupu, kde M je počet neinvertujících vstupů zapojení, druhý vstup každého m-tého spínače (SŇm) m-tého odporového děliče (D2m) neinvertujicího vstupu, kde m je přirozené číslo v rozmezí od 1 do M, je sptien vždy s prvním vývodem vstupního odporu (R3m) a s prvním vývodem

   - 11 233 3S3 zpětnovazebního odporu (n4m) m-tého odporového děliče (D2m) neinvertujícího vstupu, řídicí vstup každého m-tého spínače (SNm) m-tého odporového děliče (D2m) neinvertujícího výstupu je připojen vždy k m-tému výstupu druhého řídicího obvodu (3), druhé vývody zpětnovazebních odporů (r41 až RUM) prvního až M-tého odporového děliče (D21 až D2M) jsou spojeny se společným vodičem (4), přičemž druhý vývod vstupního odporu (R3m) každého m—tého odporového děliče (D2m) je spojen vždy s a-tým neinvertujícím vstupem (2m) zapojení.