CS255671B1 - Zapojeni aktivního reaktančního dvojpólu - Google Patents

Abstract

Zapojení se týká aktivního reaktan- 1 čního dvojpólu charakteru kapacity, ze kterého předřazením odporu lze vytvořit dolnofrekvenční propust, u které volbou počtu obvodů zpětnovazebních zesilovačů lze dosáhnout velmi vysokého potlačení vyšších frekvencí a vysoké strmosti frekvenční charakteristiky. Základem zapojení aktivního reaktančního odporu je obvod operačního zesilovače se dvěma větvemi záporné zpětné vazby, kde společný uzel dvou v sérii zapojených kondenzátorů, _ , tvořících kapacitní větev zpětné vazby, 4 je jedním pólem reaktančního dvojpólu, zatímco neinvertující vstup operačního zesilovače je pólem druhým. S druhým pólem může být spojena odbočka odporové zpětné vazby, a to bud přes kondenzátor, nebo přes další aktivní reaktanční obvod stejného typu.

Description

Vynález se týká zapojení aktivního reaktančního dvojpólu charakteru frekvenčně závislé kapacity použitého u číslicově řízených přesných zdrojů napětí a proudů k účinnému potlačení střídavé složky řídicích napětí.

Řízení přesných zdrojů napětí a budicích proudů pro elektronově optické prvky elektronových mikroskopů představuje specifický problém. Je požadována stabilita zdrojů řádu ÍO^-^ až 10 ®, přísně monotonioký průběh regulace v celém rozsahu, atd. Způsob číslicového řízení zaručující požadovaný monotonní průběh však přináší další problém, a to účinné potlačení při regulaci vznikajícího zvlnění řídicího napětí. Velikost zvlněni je odvislá od nastavené hodnoty napětí nebo proudu, přesněji od poměru této hodnoty k hodnotě maximální. Zvlnění je nutno potlačit na úroveň danou požadavky na regulaci a stabilitu, tj. zpravidla pod 1/2 LSJB. Z velikosti zvlnění a uvedeného požadavku vyplývá potřeba potlačení střídavé složky o 100 až 120 dB, přičemž v řadě případů je nutno, s ohledem na rychlost regulace, dosáhnout tohoto potlačení se strmostí 100 dB/dek i větší. Těmto požadavkům nelze vyhovět použitím pasivních filtrů a také aktivní filtry klasické koncepce zpravidla nevyhoví, neboť je nutno zařadit několik operačních zesilovačů za sebou a jejich drifty, případně šumy součásti překročí přípustnou hodnotu.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení aktivního reaktančního dvojpólu charakteru frekvenčně závislé kapacity, sestávající z operačního zesilovače se zpětnou vazbou mezi výstupem a invertujíoím vstupem, tvořenou nejméně dvěma paralelními větvemi podle vynálezu. Podstatou zapojení je, že první vazební větev je tvořena odporem a druhá vazební větev alespoň dvěma vazebními kondenzátory, které jsou spojeny v sérii a jejichž společný uzel tvoří první svorku reaktančního dvojpólu, zatímco druhá svorka reaktančního dvojpólu je spojena s neinvertujícím vstupem operačního zesilovače bu3 přímo,nebo přes třetí odpor. Ještě výhodnější frekvenční závislosti kapacity se dosáhne, když je první vazební větev tvořena dvěma vazebními odpory zapojenými v sérii, mezi jejichž společný uzel a druhou svorku reaktančního dvojpólu je zapojen bu9 třetí kondensátor, nebo další aktivní reaktanční dvojpól charakteru frekvenčně závislé kapacity, vytvořený stejným způsobem.

Hlavní předností zapojeni podle vynálezu je to, že umožňuje spojit výstup zdroje řídicího napětí se vstupem řízeného zdroje napětí nebo proudu přes jediný odpor, který s uvedeným aktivním reaktančním dvojpólem vytvoří RC člen, účinně potlačující zvlnění řídicího napětí, a to i v rozsahu dříve uvedených požadavků.

Zapojení tohoto reaktančního dvojpólu je objasněno třemi příklady na obr. 1, 2, 3.

V nej jednodušší verzi na obr. 1 jsou mezi výstupem 3c a invertujícím vstupem 3a operačního zesilovače 2 zapojeny dvě paralelní zpětnovazební větve, z nichž první je tvořena vazebním odporem 5_ a druhá kapacitní větev je tvořena dvěma vazebními kondenzátory 4a, 4b, zapojenými v sérií, jejichž společný uzel tvoří první svorku 2 reaktančního dvojpólu. Druhá svorka 2 reaktančního dvojpólu je spojena s neinvertujícím vstupem 3b operačního zesilovače 2 přímo, nebo přes třetí odpor 6. Na obr. 2 je naznačena alternativa, kdy druhá svorka 2 reaktančního dvojpólu je spojena přes třetí kondensátor 8_ se společným uzlem 2 vazebních odporů 5a, 5b odporové větve zpětné vazby. Místo třetího kondenzátoru 2 může být do obvodu mezi druhou svorkou 2 a společný uzel T_ zapojen další aktivní reaktanční dvojpól vytvořený stejným způsobem, jak naznačuje obr. 3.

Vlastní zapojení pracuje takto: Střídavá složka obsažená v řídicím napětí je přiváděna z výstupu číslicově ovládaného zdroje řídicího napětí přes předřadný odpor na první svorku 2 a dále přes derivační člen tvořený prvním vazebním konoenzátorem 4a a vazebním odporem 2 na invertujíoí vstup 3a operačního zesilovače 2· Z principu funkce operačního zesilovače vyplývá, že na vstupu 3a musí být napětí blízké virtuální nule, proto se vytvoří na výstupu 3c operačního zesilovače 2 výstupní napětí takové velikosti a fáze, aby této podmínce bylo vyhověno. V důsledku toho se střídavé napětí mezi první svorkou 2 ^a výstupem 3c operačního zesilovače 2 mnohonásobně zvýší a střídavý proud tekoucí druhým vazebním kondenzátorem 4b

3t vyvolá na odporu předřazeném reaktančnímu dvojpólu takový úbytek napětí, že střídavá složka řídicího napětí je velmi účinně potlačena, zatímco stejnosměrná složka, respektive nízké frekvence jsou přenášeny bez potlačení. Reaktanční dvojpól spolu s předřadným odporem se chová jako dolnofrekvenční propust dvoupólová, tj. se sklonem charakteristiky 40 dB/dekádu. Je-li vazební odpor 5 rozdělen na dva vazební odpory 5a a 5b a doplněn třetím kondenzátorem 8, jeví se obvod spolu s předřadným odporem jako filtr třípólový se sklonem charakteristiky 60 dB/dekádu.

Dále je možno třetí kondenzátor 2 nahradit reaktančním obvodem podle obr. 1, respektive podle obr. 2 a tak vytvořit filtr čtyřpólový, respektive pětipólový. Tímto postupem je možno počet pólu podle potřeby dále zvyšovat. Volbou hodnot součástek, tj. vazebních kondenzátorů 4a, 4b, 8 a vazebních odporů 5a./ 5b a odporu reaktačnímu dvojpólu předřazeného je možno vytvořit dolnofrekvenční propust libovolného typu - Butterworthova, Besselova nebo Cebyševova.

Zapojení se ukázalo jako výhodné, nebot vlivem kapacitních vazeb mezi jednotlivými obvody dochází k minimálnímu ovlivnění výstupu řídicího napětí drifty nebo šumy jednotlivých zesilovacích stupňů a relativně snadno lze dosáhnout potlačeni střídavých složek řídicího napětí o 120 až 130 dB, při strmosti až 140 dB/dekádu. Ve spojeni s číslicově ovládaným zdrojem řídicího napětí lze dosáhnout stabilit řádu 10 až 10~ při monotonickém průběhu regulace v celém rozsahu. I při vysokých nárocích na filtraci střídavé složky je možno dosáh nout ustálení řídicího napětí v časech řádu 0,1 až 1 s.

Claims (3)

1. předmEt vynálezu

   1. Zapojení aktivního reaktančního dvojpólu charakteru frekvenčně závislé kapacity, sestávající z operačního zesilovače se zpětnou vazbou mezi výstupem a invertujícím vstupem tvořenou nejméně dvěma paralelními vazebními větvemi, vyznačené tim, že první vazební větev je tvořena odporem (5) a druhá vazební- větev alespoň dvěma vazebními kondenzátory (4a, 4b), které jsou spojeny v sérii a jejichž společný uzel tvoří první svorku (1) reaktančního dvojpólu, zatímco druhá svorka (2) reaktačního dvojpólu je spojena s neinvertujícím vstupem (3b) operačního zesilovače (3) bu3 přímo, nebo přes třetí odpor (6).
2. 2. Zapojení aktivního reaktančního dvojpólu podle bodu 1, vyznačené tím, že první vazeb ní větev je tvořena alespoň dvěma vazebními odpory (5a, 5b), spojenými v sérii, jejichž společný uzel (7) je spojen přes třetí kondenzátor (8) s druhou svorkou (2) reaktančního dvojpólu.
3. 3. Zapojení aktivního reaktančního dvojpólu podle bodu 2, vyznačené tím, že mezi společ ný uzel (7) vazebních odporů (5a, 5b) a druhou svorku (2) je zapojen druhý reaktanční dvojpól (8a), tvořený aktivním reaktančním dvojpólem podle bodu 1, případně podle bodu 2.