CS265199B1

CS265199B1 - Circuit for generating absolute signal value

Info

Publication number: CS265199B1
Application number: CS879965A
Authority: CS
Inventors: Karel Ing Csc Prihoda
Original assignee: Prihoda Karel
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS996587A1

Abstract

Obvod pro generaci absolutní hodnoty signálu, jehož účelem je zvýšení přesnosti a zjednodušení jeho zapojení i seřízení. Očelu se dosahuje tím, že obvod sestává ze synchronního demodulátoru, na jehož referenční vstup je zapojen nulový komparátor. V synchronním demodulátoru je uspořádán operační zesilovač se zpětnovazebním odporem a s řízeným přepínačem na vstupech. V nulovém komparátoru je zařazen komparační zesilovač s vysokým zesílením a s vysokou rychlostí odezvy. S výhodou volby polarity je na výstupu komparačního zesilovače zapojen logický invertor s polaritním přepínačem. Obvod je využitelný ve výrobě elektronických přístrojů a použitelný k detekci signálů nebo k jejich asynchronnímu usměrnění.A circuit for generating the absolute value of a signal, the purpose of which is to increase the accuracy and simplify its connection and adjustment. The aim is achieved by the circuit consisting of a synchronous demodulator, to whose reference input a zero comparator is connected. An operational amplifier with a feedback resistor and a controlled switch at the inputs is arranged in the synchronous demodulator. A comparator with high gain and high response speed is included in the zero comparator. With the advantage of polarity selection, a logic inverter with a polarity switch is connected at the output of the comparator. The circuit is usable in the production of electronic devices and can be used to detect signals or to rectify them asynchronously.

Description

Vynález se týká obvodu pro generaci absolutní hodnoty signálu. Očelem vynálezu je zvýšeni přesnosti a zjednodušení obvodu i jeho seřízeníThe invention relates to a circuit for generating an absolute signal value. It is an object of the invention to increase the accuracy and simplify the circuit and its adjustment

Jsou známé obvody pro generaci absolutní hodnoty signálu, nazývané také operační usměrňovače, kde se používá k usměrnění signálu dvojice antiparalelních diod ve zpětnovazebním obvodu operačního zesilovače a signálového sumátoru s dalším operačním zesilovačem.Absolute signal generation circuits are also known, also called operational rectifiers, where a pair of antiparallel diodes are used in the feedback circuit of an opamp and a signal sumper with another opamp to rectify the signal.

Známé, velmi rozšířené obvody, mají nestabilní posun nuly výstupního napětí, nejsou lineární pro malé signály, potřebují zejména čtyři přesné odpory, nesnadno se seřizují a jsou složité.Known, very widespread circuits, have an unstable zero-shift of the output voltage, are not linear for small signals, need in particular four precise resistors, are difficult to adjust and are complex.

Jiné známé obvody pro generaci absolutní hodnoty signálu vycházejí ze stejného řešení s dvojicí antiparalelních diod a rozšiřují je např. o další odpor a signálový sumátor v diferenciálním provedení (SU AO 955 101) nebo o další dvojici diod a dvojici spínacích tranzistorů (SU AO 809 219) nebo o dvojicí převodníků napětí na proud a další operační zesilovač (SU AO 780 013).Other known absolute signal generation circuits are based on the same solution with a pair of antiparallel diodes and extend them, for example, by additional resistance and signal summator in differential design (SU AO 955 101) or by another pair of diodes and a pair of switching transistors (SU AO 809 219). ) or a pair of voltage to current converters and another operational amplifier (SU AO 780 013).

Společnou nevýhodou těchto řešení je další zvýšení složitosti při setrvání projevů nelinearit následkem použití diod.A common disadvantage of these solutions is a further increase in the complexity of the persistence of nonlinearities due to the use of diodes.

Je také známý obvod pro generaci absolutní hodnoty signálu, u něhož se využívá osvědčený můstkový usměrňovač se čtveřicí diod napájených signálem z transformátoru a navíc operační zesilovač kompenzující nelinearity usměrňovačích diod tím, že v jeho zpětnovazební smyčce je zapojena dioda nebo pár diod vybraných tak, aby byly přizpůsobeny parametrům použitých v můstku (US 4 502 015) . Nevýhodou obvodu je nutnost použít transformátor a potřeba výběru diod.Also known is an absolute signal generation circuit that utilizes a proven bridge rectifier with four diodes powered by a transformer signal and an opamp compensating for the rectifier dilinearities by incorporating a diode or a pair of diodes selected in its feedback loop. adapted to the parameters used in the bridge (US 4 502 015). The disadvantage of the circuit is the need to use a transformer and the need to select diodes.

Konečně je známý obvod bez diod, v němž se ke generaci absolutní hodnoty signálu používají dva operační zesilovače a pět signálových sumátorů (SU AO 875 395) . Hlavní jeho nevýhodou je složitost.Finally, a diode-free circuit is known in which two operational amplifiers and five signal summers (SU AO 875 395) are used to generate an absolute signal value. Its main disadvantage is complexity.

Uvedené nevýhody odstraňuje obvod pro generaci absolutní hodnoty signálu podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že jej tvoří synchronní demodulátor se signálovým výstupem, mezi jehož signálový vstup a referenční vstup je zapojen nulový komparátor.These disadvantages are overcome by the absolute signal generation circuit according to the invention, which consists of a synchronous demodulator with a signal output between which a zero comparator is connected between the signal input and the reference input.

Z hlediska funkční přesnosti a jednoduchosti výroby obvodu podle vynálezu je výhodné, když v synchronním demodulátoru je uspořádán operační zesilovač, jehož invertujíci vstup je spojen přes sériový odpor se signálovým vstupem a přes zpětnovazební odpor s jeho výstupem a neinvertující vstup přes řízený přepínač, připojený k referenčnímu vstupu, bud se signálovým vstupem nebo se společnou svorkou.In terms of functional accuracy and ease of manufacture of the circuit according to the invention, it is preferred that an operational amplifier is provided in the synchronous demodulator whose inverting input is coupled via a series resistor to the signal input and via a feedback resistor to its output and non-inverting input via a controlled switch connected to the reference input, either with a signal input or with a common terminal.

V náročnějších aplikacích je výhodné, když je mezi neinvertujícím vstupem operačního zesilovače a řízeným přepínačem zařazen vyvažovači odpor.In more demanding applications, a balancing resistor is provided between the non-inverting input of the operational amplifier and the controlled switch.

Dalšího zjednodušení obvodu lze dosáhnout tím, že nulový komparátor tvoří komparační zesilovač spojený invertujícím vstupem se signálovým vstupem, neinvertujícím vstupem se společnou svorkou a výstupem s referenčním vstupem synchronního demodulátoru.A further simplification of the circuit can be achieved in that the zero comparator is a comparator amplifier connected by an inverting input to a signal input, a non-inverting common terminal input and an output with a reference input of the synchronous demodulator.

Požaduje-li se měněni polarity generované absolutní hodnoty signálu, je výhodné, když na výstup komparačního zesilovače je zapojen logický invertor s polaritním přepínačem spojujícím komparační zesilovač s referenčním vstupem bud přímo nebo přes logický invertor.If it is desired to vary the polarity of the generated absolute value of the signal, it is preferred that a logic inverter with a polarity switch connecting the comparator to the reference input either directly or via a logic inverter is connected to the comparator amplifier output.

Výhodou obvodu pro generaci absolutní hodnoty signálu podle vynálezu je jeho jednoduchá struktura, vysoká stálost nuly a linearita i pro malé vstupní signály.The advantage of the circuit for generating the absolute value of the signal according to the invention is its simple structure, high zero stability and linearity even for small input signals.

Příklad konkrétního provedení obvodu pro generaci absolutní hodnoty signálu podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde obr. 1 je jeho blokové schéma zapojení, na obr. 2 je schéma zapojení synchronního demodulátoru, na obr. 3 schéma jednoduchého zapojení nulového komparátoru a na obr. 4 schéma zapojení nulového komparátoru s logickým invertorem.An example of a particular embodiment of an absolute signal generation circuit according to the invention is shown in the accompanying drawings, wherein FIG. 1 is a block diagram thereof, FIG. 2 is a diagram of a synchronous demodulator, FIG. 4 shows a diagram of a zero comparator with a logic inverter.

Obvod pro generaci absolutní hodnoty signálu sestává ze synchronního demodulátoru 2 ^sesignálovým výstupem 2, mezi jehož signálový vstup 2 a referenční vstup 2 3^e zapojen nulový komparátor 2· ^v synchronním demodulátoru 4_ je uspořádán operační zesilovač 12, jehož invertující vstup 11 je spojen přes sériový odpor 13 se signálovým vstupem 2 ^a přes zpětnovatební odpor 14 s jeho výstupem 15 Neinvertující vstup 10 operačního zesilovače 12 je spojen přes vyvažovači odpor 22 a řízený přepínač 2, připojený k referenčnímu vstupu 5, bud se signálovým vstupem 2 nebo se společnou svorkou 2 obvodu podle vynálezu. Vyvažovači odpor 22 zvyšuje funkční přesnost synchronního demodulátoru 4, lze jej však vypustit a nahradit zkratem. Nulový komparátor 2 tvoří komparační zesilovač 18, jehož invertující vstup 16 je spojen se signálovým vstupem 2 obvodu podle vynálezu a neinvertující vstup 17 s jeho společnou svorkou 2· Výstup 19 komapračního zesilovače 18 je v základním provedení, obr. 3, zapojen na referenční vstup 2 synchronního demodulátoru 2· ^v alternativním provedení, obr. 4, je na výstup 19 komparačního zesilovače 18 zapojen logický invertor 21 s polaritním přepínačem 20, spojujícím komparační zesilovač 18 s referenčním vstupem 2 bud přímo nebo přes logický invertor 21.The circuit for generating the absolute value of the signal consists of a synchronous demodulator ^{2, the} signal line 2 between the signal input 2 and the reference input 2 3 ^e connected zero comparator 2 · ^synchronous demodulator 4 is arranged operational amplifier 12 whose inverting input 11 is connected via a serial a resistor 13 with a signal input 2 ^and through a rewind resistor 14 with its output 15 A non-inverting input 10 of the operational amplifier 12 is connected via a balancing resistor 22 and a controlled switch 2, connected to reference input 5, either with signal input 2 or with common circuit 2 invention. The balancing resistor 22 increases the functional accuracy of the synchronous demodulator 4, but can be omitted and replaced by a short circuit. The zero comparator 2 is a comparator amplifier 18 whose inverting input 16 is connected to the signal input 2 of the circuit according to the invention and the non-inverting input 17 is connected to its common terminal 2. The output 19 of the comparative amplifier 18 is connected to reference input 2. ^{In the} alternative embodiment, Fig. 4, a logic inverter 21 is connected to the output 19 of the comparator amplifier 18 with a polarity switch 20 connecting the comparator amplifier 18 to the reference input 2 either directly or via the logic inverter 21.

Činnost obvodu pro generaci absolutní hodnoty signálu podle vynálezu závisí na okamžité polaritě střídavého signálu na signálovém vstupu 2' obr. 1. Během intervalu, kdy je okamžitá polarita střídavého signálu na signálovém vstupu 2 kladná, vytvoří komparátor 2 na referenčním vstupu 2 synchronního demodulátoru 2 ustálené referenční napětí takové polarity, že synchronní demodulátor 2 pracuje jako signálový sledovač. Na signálovém výstupu 2_ je tedy průběhem i polaritou shodný signál se signálem na signálovém vstupu 2· Během intervalu, kdy je okamžitá polarita střídavého signálu na signálovém vstupu 2 záporná, vytvoří komparátor 2 na referenčním vstupu 2 synchronního demodulátoru 2 ustálené napětí opačné polarity než v předchozím případě a synchronní demodulátor 2 pracuje jako signálový invertor. Na signálovém výstupu 2 má sice signál shodný průběh se signálem na signálovém vstupu 2, ale opačnou, tedy kladnou polaritu. Takto je v libovolném časovém okamžiku na signálovém výstupu 2 generován průběh, který představuje absolutní hodnotu signálu na signálovém vstupu 2 obvodu podle vynálezu.The operation of the absolute signal generation circuit according to the invention depends on the instantaneous AC polarity at the signal input 2 'of FIG. 1. During the interval when the instantaneous AC polarity at the signal input 2 is positive, the comparator 2 creates a steady state on the reference input 2 of the synchronous demodulator 2. a reference voltage of such polarity that the synchronous demodulator 2 functions as a signal tracker. Thus, at the output 2, the waveform and polarity coincide with the signal at signal input 2. During the interval when the instantaneous polarity of the AC signal at the signal input 2 is negative, the comparator 2 creates a steady opposite polarity voltage at the reference input 2 of the synchronous demodulator 2. and synchronous demodulator 2 operates as a signal inverter. On signal output 2, the signal has the same waveform as the signal on signal input 2, but the opposite, ie positive polarity. Thus, at any time, a waveform is generated at the signal output 2, which represents the absolute value of the signal at the signal input 2 of the circuit according to the invention.

Synchronní demodulátor 2, obr. 2, pracuje v režimu signálového sledovače nebo signálového invertoru v závislosti na polaritě referenčního napětí na referenčním vstupu 2· Je-li polarita referenčního napětí kladná, řízený přepínač 2 připojuje neinvertující vstup 22 operačního zesilovače 12 ke společné svorce 9_ a operační zesilovač 12 pracuje jako zesilovač se zesílením závislým na vzájemném poměru sériového odporu 13 a zpětnovazebního odporu 14. Jsou-li odpory 22» 14 shodné velikosti, je za předpokladu nulového vnitřního odporu zdroje střídavého signálu na signálovém vstupu 2 zesílení operačního zesilovače 12 rovno přesně minus jedné. Je-li polarita referenčního napětí záporná, řízený přepínač 2 připojuje neinvertující vstup 10 operačního zesilovače 12 k signálovému vstupu 2 ^a operační zesilovač 12 pracuje jako signálový sledovač se zesílením rovným přesně plus jedné.The synchronous demodulator 2, Fig. 2, operates in the signal tracker or signal inverter mode depending on the reference voltage polarity at the reference input 2. If the reference voltage polarity is positive, the controlled switch 2 connects the non-inverting input 22 of the operational amplifier 12 to the common terminal 9 and the opamp 12 operates as an amplifier with a gain dependent on the ratio of the series resistor 13 and the feedback resistor 14. If the resistors 22, 14 are equal, assuming zero internal resistance of the AC source at signal input 2, the opamp of the opamp 12 is exactly minus one. If the polarity of the reference voltage is negative, the controlled switch 2 connects the non-inverting input 10 of the operational amplifier 12 to the signal input 2 ^{and the} operational amplifier 12 operates as a signal tracker with an amplification equal to exactly plus one.

V nulovém komparátoru 3, obr. 3, je komparační zesilovač 18 s vysokým zesílením a vysokou rychlostí odezvy, který za předpokladu nulového posunu nuly komparačního zesilovače 18 generuje na svém výstupu 19 a na referenčním vstupu 2 napětí ustálené vysoké úrovně s kladnou nebo zápornou polaritou, odpovídající kladné nebo záporné polaritě střídavého signálu na signálovém vstupu 2· Na referenčním vstupu 2 i signálovém vstupu 2 vzniká oboupolaritní obdélníkový průběh signálu o kmitočtu shodném s kmitočtem střídavého signálu. Je-li na výstupu 19 komparačního zesilovače 18 zapojen polaritní přepínač 20 a logický invertor 21, lze polaritním přepínačem 20 připojit na referenční vstup 5 bud oboupolaritní průběh z výstupu 19 komparačního zesilovače 18 nebo invertovaný průběh z logického invertoru 21 a zvolit tak polaritu generované absolutní hodnoty signálu na signálovém výstupku 2.In the zero comparator 3, FIG. 3, there is a high gain comparative amplifier 18 with a high response rate, which generates a steady high level positive or negative polarity voltage at its output 19 and at the reference input 2, assuming zero zero shift of the comparative amplifier 18, corresponding to the positive or negative polarity of the AC signal at signal input 2 · Both the reference input 2 and signal input 2 have a two-polar rectangular waveform at the same frequency as the AC signal. If polarity switch 20 and logic inverter 21 are connected to output 19 of comparative amplifier 18, either the two-polarity waveform from comparator amplifier 18 output or inverted waveform from logic inverter 21 can be connected to reference input 5 to select the polarity of the generated absolute value. signal on the signal protrusion 2.

Vynález je použitelný ve sdělovací a přístrojové elektronice k detekci signálů nebo k jejich přesnému asynchronnímu usměrnění.The invention is applicable in the communication and instrumentation electronics for detecting signals or for their precise asynchronous rectification.

Claims

An absolute signal generation circuit, characterized in that it comprises a synchronous demodulator (4) with a signal output (2) between which a zero comparator (3) is connected between the signal input (1) and the reference input (5).

Circuit according to Claim 1, characterized in that an operational amplifier (12) is provided in the synchronous demodulator (4), whose inverting input (11) is connected via a series resistor (13) to a signal input (1) and via a feedback resistor (1). 14) with its output (15) and non-inverting input (10) via a controlled switch (8) connected to the reference input (5), either with a signal input (i) or with a common terminal (9).

Circuit according to Claims 1 and 2, characterized in that a balancing resistor (22) is arranged between the non-inverting input (10) of the operational amplifier (12) and the controlled switch (8).

4. Circuit according to claim 1, characterized in that the zero comparator (3) is a comparator amplifier (18) connected by an inverting input (16) to a signal input (1), a non-inverting input (17) to a common terminal (9) and output. (19) with reference input (5) of the synchronous demodulator (4).

Circuit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a logic inverter (21) with a polarity switch (20) connecting the comparative amplifier (18) to the reference input (16) is connected directly to the output (19) of the comparative amplifier (18). or via a logic inverter (21).