CS252565B1

CS252565B1 - Zapojení zesilovače absolutní hodnoty

Info

Publication number: CS252565B1
Application number: CS854415A
Authority: CS
Inventors: Premek Neuman
Original assignee: Premek Neuman
Priority date: 1985-06-17
Filing date: 1985-06-17
Publication date: 1987-09-17
Also published as: CS441585A1

Abstract

Zesilovač sestává ze zpětnovazební sítě zesilovače absolutní hodnoty, složené z operačního zesilovače, sčítacího zesilovače, dvou proti sobě zapojených diod a příslušných odporů. Pro zvětšení rychlosti odezvy obvodu jsou mezi operační zesilovač a první a druhou diodu vřazeny dva obraceče proudu tak, že jsou buzeny z napájecích svorek operačního zesilovače. Výstup operačního zesilovače je Zatížen odporem, k němuž lze připojit první kompenzační člen, jenž je bud uzemněn, nebo připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače. Na vstup sčítacího zesilovače lze připojit odpor, který je druhým koncem připojen k odporu zpětnovazební sítě, spojenému se vstupem zesilovače, Ke společnému bodu těchto odporů lze pak připojit druhý kompenzační obvod k vyrovnání rychlostí obou přenosových větví. Zapojení řeší problémy rychlosti, citlivosti a stability zesilovačů absolutní hodnoty a měřicích usměrňovačů s operačními zesilovači.

Description

(54) Zapojení zesilovače absolutní hodnoty

I

Vynález se týká zesilovače absolutní hodnoty, řešící problémy rychlosti, citlivosti a stability těchto zesilovačů a měřicích usměrňovačů s operačními zesilovači.

Pro měření střídavých napětí a proudů se stále častěji používají operační usměrňovače nebo zesilovače absolutní hodnoty s operačními zesilovači. Běžně používané obvody však vyhovují jen pro měření při technických kmitočtech. Při kmitočtech nad 1 kHz jejich přesnost a citlivost klesá pro značnou setrvačnost operačních zesilovačů.

Je známo, že rychlosti i citlivost těchto obvodů lze zvětšit připojením pomocného rychlého zesilovače mezi výstup operačního zesilovače a omezovači diody. Tím se však značně zkomplikují podmínky stability zpětnovazební sítě, takže vytvořené obvody zpravidla parazitně kmitají. Parazitní kmity se dají odstranit jen podstatným zmenšením horního mezního kmitočtu operačního zesilovače, takže získaný urychlovací efekt je jen poměrně malý. Pro taková zapojení lze používat jen operační zesilovače s vývody pro připojení vnějších kompenzačních obvodů.

Pomocné rychlé zesilovače jsou obvykle složité, musí obsahovat řadu součástí pro teplotní i kmitočtové kompenzace, takže nastavování pomocných obvodů je nejen nákladné, ale též pracné a zdlouhavé.

Jsou známy zesilovače absolutní hodnoty, kde ve funkci pomocného rychlého zesilovače jsou použity obraceče proudu, spojené s napájecími svorkami operačního zesilovače.

Všechny dosud známé zesilovače absolutní hodnoty mají dvě nestejně rychlé cesty přenosu signálu, což má zásadní vliv na deformaci výstupního signálu při změně polarity signálu na vstupu. To má za následek, že zvláště při vyšších kmitočtech neodpovídá výstupní průběh absolutní hodnotě průběhu vstupního.

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny v zapojení podle vynálezu. Zesilovač sestává z operačního zesilovače a sČítacího zesilovače. Na invetující vstup operačního zesilovače je připojen jeden konec prvního odporu, jehož druhý konec je vstupem celého zesilovače a je připojen přes šestý odpor na vstup sčítacího zesilovače. Na tento vstup sčítacího zesilovače je též přes pátý odpor připojena katoda resp. anoda první diody, jejíž anoda resp. katoda je spojena s katodou resp. adnodou druhé diody.

Anoda resp. katoda druhé diody je přes třetí odpor spojena s invertujícím vstupem operačního zesilovače, na jehož výstupu je zapojen zatěžovací odpor. Mezi anodu resp. katodu, první diodu a první napájecí svorku operačního zesilovače je zapojen první obraceč proudu a mezi katodu resp. anodu druhé diody a druhou napájecí svorku operačního zesilovače je připojen druhý obraceč proudu.

Podstatou vynálezu je, že mezi výstup operačního zesilovače a zem nebo jeho invertující vstup je připojen první kompenzační člen pro zrychlení odezvy operačního zesilovače a/nebo na invertující vstup operačního zesilovače je připojen vstup emitorového sledovače, jehož výstup je spojen přes první kondenzátor s první napájecí svorkou operačního zesilovače a přes druhý kondenzátor a jeho druhou napájecí svorku a/nebo mezi šestý odpor a vstup sčítacího zesilovače je připojen sedmý odpor a k jeho společnému bodu se šestým odporem je zapojen druhý kompenzační člen, jehož druhý konec je uzemněn.

Výhodou tohoto zapojení je, že zátěž operačního zesilovače lze zvolit tak, aby se podstatně zlepšil průběh fázové charakteristiky zpětnovazební smyčky zařazením prvního kompenzačního členu při zachování maximální možné rychlosti odezvy. Pro zajištění největších rychlostí odezvy toto zapojení umožňuje přemostit operační zesilovač tranzistorovým, např. i FETovým, sledovačem napětí. Tím lze zajistit stabilní provoz zesilovače i při dosažení mezního kmitočtu nad 1 MHz. Výstupní průběh lze podstatně zlepšit zařazením druhého kompenzačního členu do rychlejší přenosové větve.

Na přiložených výkresech jsou uvedeny příklady zapojení zesilovače absolutní hodnoty podle vynálezu. Na obr. 1 je schematicky uvedeno zapojení celého zesilovače s oběma kompenzačními členy a na obr. 2 je uvedena alternativa zapojení kmitočtové kompenzace se sledovačem.

Schéma na obr. 1 má obvyklou zpětnovazební síň zesilovače absolutní hodnoty. Tato zpětnovazební siř je tvořena operačním zesilovačem na jehož invertující vstup je připojen jeden konec prvního odporu , který je druhým koncem spojen se vstupem zesilovače. Dále je na invertující vstup operačního zesilovače 2 připojen jeden konec druhého odporu jehož v druhý konec je připojen v tomto případě na katodu první diody .

Katoda první diody je přes pátý odpor připojena na vstup sčítacího obvodu 2' který je zároveň přes šestý odpor připojen na vstup zesilovače a tedy vlastně na druhý konec prvního odporu R^. S invertujícím vstupem je spojen i jeden konec třetího odporu R^, jehož druhý konec je připojen v tomto případě na anodu druhé diody Anoda první diody a katoda druhé diody D₂ jsou spojeny a v klasickém případě připojeny na výstup operačního zesilovače

Při zapojení zesilovače podle vynálezu je však mezi anodu první diody a první napájecí svorku 11 operačního zesilovače 2 připojen první obraceč proudu 2· Druhý obraceč proudu 2 je pak připojen mezi druhou napájecí svorku 12 operačního zesilovače 2 ^a katodu druhé diody D₂. Na výstup operačního zesilovače 2 je připojen zatěžovací odpor R^, který je uzemněn, k němuž je paralelně připojen první kompenzační člen 5, který může být buč uzemněn, nebo připojen na invertující vstup operačního zesilovače 2* Mezi vstup sčítacího zesilovače a šestý odpor R^ je zapojen sedmý odpor R? a ke společnému bodu šestého odporu R^ a sedmého odporu R_? je připojen druhý kompenzační člen 6, který je uzemněn.

V nejjednodušším případě jsou první i druhý kompenzační člen 5, 2 tvořeny kondenzátory.

První dioda a druhá dioda D₂ mohou být orientovány též opačně; vždy jsou ale zapojeny proti sobě.

Zesilovač pracuje následujícím způsobem:

Přichází-li na jeho vstup záporné napětí, je toto napětí maximálně zesíleno operačním zesilovačem 2 ^a Ρθ průchodu prvním obracečem proudu 2 ^a druhým obracečem proudu 2 3^{e na} jejich výstupech obrácena jeho polarita. Na anodě první diody je tedy kladné napětí, takže se tato první dioda otevře a přenáší signál jednak přes druhý odpor zpět na invertující vstup operačního zesilovače 1, ^{a to 0} amplitudě odpovídající poměru druhého odporu IL, a prvního odporu a jednak přes pátý odpor na vstup sčítacího zesilovače 2.

Signál na vstupu sčítacího zesilovače 2 se sčítá se signálem, který je sem přímo přenášen přes šestý odpor R^ a sedmý odpor R_?. Na katodě druhé diody D₂ je též kladné napětí, takže tato druhá dioda D₂ zůstává uzavřená.

Přichází-li na vstup zesilovače absolutní hodnoty kladné napětí, je opět toto napětí maximálně zesíleno operačním zesilovačem 2 ^ve spojení s prvním a druhým obracečem proudu 2/

2, které zároveň obracejí jeho polaritu a na výstupech se objevuje záporné, napětí. To má za následek, že první dioda zůstává zavřena a druhá dioda D₂ se otevře.

Třetí odpor R^ zprostředkuje zápornou vazbu, která udržuje na invertujícím vstupu operačního zesilovače 2 téměř nulové napětí. V tomto případě se přenáší signál ze vstupu zesilovače absolutní hodnoty na vstup sčítacího zesilovače 2 pouze přes šestý a sedmý odpor Ηθ, R?.

Pro zvýšení stability zpětnovazební smyčky a pro zvětšení rychlosti odezvy operačního zesilovače 2 Í^{e na} jeho výstup zařazen první kompenzační člen 2r který je bud uzemněn, nebo, jak je naznačeno čárkovaně, připojen na invertující vstup operačního zesilovače. V nej jednodušším případě je první kompenzační člen tvořen kondenzátorem.

I když zařazením prvního kompenzačního členu 5 dochází ke zvětšení rychlosti odezvy, přesto je tato odezva na vstupu sčitacího zesilovače 2 opožděna oproti signálu, přicházejícímu na vstup sčitacího zesilovače 2 přes šestý a sedmý odpor Rg, R?.

Aby k tomuto časovému posunutí mezi dvěma signály nedocházelo, je ke společnému uzlu šestého odporu Rg a sedmého odporu R_? připojen druhý kompenzační člen 6^, v nejjednodušším případě opět kondenzátor. Tento druhý kompenzační člen 6 vlastně zpožduje signál, přicházející ze vstupu zesilovače absolutní hodnoty přes šestý odpor Rg.

Funkci prvního kompenzačního členu 2 lze nahradit emitorovým sledovačem J_, obr. 2. Toto zapojení má nejrychlejší odezvu. Vstup emitorového sledovače T_ je připojen na invertující vstup operačního zesilovače 2 a výstup je spojen jednak přes první kondenzátor s první napájecí svorkou 11 operačního zesilovače 1_ a jednak přes druhý kondenzátor Cj s druhou napájecí svorkou 12 operačního zesilovače 2·

V důsledku zařazení tohoto emitorového sledovače T_ dochází k přemostění operačního zesilovače 2 v oblasti velmi vysokých kmitočtů a tím se zabrání jeho rozkmitání vlivem nadměrného fázového posuvu samotného operačního zesilovače 2·

První a druhý kondenzátor , C₂ slouží ke stejnosměrnému oddělení výstupu emitorového sledovače T_ od prvního a druhého obraceče proudu 3, i_.

Podle použití zesilovače absolutní hodnoty lze použít první kompenzační člen a/nebo druhý kompenzační člen 2 a/nebo alternativu kompenzace s emitorovým sledovačem 2Zesilovače absolutní hodnoty podle vynálezu lze konstruovat z diskrétních součástí, jako hybridní, případně i monoliticky integrovaný. Obvody z diskrétních součástí budou rychlejší, hybridně integrované zase výrobně nejhospodárnější.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Zapojení zesilovače absolutní hodnoty, sestávající z operačního zesilovače a sčitacího zesilovače, kde na invertující vstup operačního zesilovače je připojen jeden konec prvního odporu, jehož druhý konec je vstupem celého zesilovače a je připojen přes šestý odpor na vstup sčitacího zesilovače, na který je připojena přes pátý odpor katoda resp. anoda první diody, jejíž anoda resp. katoda je spojena s katodou resp. anodou druhé diody, jejíž anoda resp. katoda je přes třetí odpor spojena s invertujfcím vstupem operačního zesilovače, na jehož výstup je připojen zatěžovací odpor a mezi anodu resp. katodu prvni diody a první napájecí svorku operačního zesilovače je zapojen první obraceč proudu a mezi katodu resp. anodu druhé diody a druhou napájecí svorku operačního zesilovače je připojen druhý obraceč proudu, vyznačující se tím, že mezi výstup operačního zesilovače (1) a zem nebo mezi výstup operačního zesilovače (1) a jeho invertující vstup je připojen první kompenzační člen (5) a/nebo na invertující vstup operačního zesilovače (1) je připojen vstup emitorového sledovače (7), jehož výstup je spojen jednak přes první kondenzátor (cp s první napájecí svorkou (11) a jednak přes druhý kondenzátor (C₂) s druhou napájecí svorkou (12) operačního zesilovače (1) a/nebo mezi vstup sčitacího zesilovače (2) a šestý odpor (Rg) je připojen sedmý odpor (R?) a ke společnému bodu šestého odporu (Rg) a sedmého odporu (R^) je připojen druhý kompenzační člen (6), jehož druhý konec je uzemněn.