CZ301819B6

CZ301819B6 - Vysoce lineární adaptivní zesilovac s velkým rozsahem regulace zisku

Info

Publication number: CZ301819B6
Application number: CZ20100008A
Authority: CZ
Inventors: Foit@Julius
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-01-06
Publication date: 2010-06-30
Also published as: CZ20108A3

Abstract

Vysoce lineární adaptivní zesilovac sestává z bloku (1) rízeného zesilovace, z bloku (3) usmernovace pripojeného pres prevodník (4) napetí-proud na blok (5) rídicího clenu pro nastavení velikosti zesílení bloku (1) rízeného zesilovace. Rídicím prvkem je optron (OPI) se svítivkou (LED) na vstupu a fotorezistorem (FO) na výstupu. Mezi blok (1) rízeného zesilovace a blok (3) usmernovace je zarazen blok (2) oddelovace tvorený druhým operacním zesilovacem (OZ2) v režimu napetového sledovace majícího na svém neinvertujícím vstupu strídavou RC vazbu tvorenou druhým kapacitorem (C2) a druhým rezistorem (R2). Do vetve záporné zpetné vazby druhého operacního zesilovace (OZ2) je zapojena kombinace antiparalelne spojené první diody (D3) a druhé diody (D4). Mezi invertující vstup druhého operacního zesilovace (OZ2) a spolecný vodic je zapojen devátý rezistor (R9). Výstup bloku (2) oddelovace je spojen se ctvrtým kapacitorem (C4) na vstupu bloku (3) usmernovace, tvoreného tretím operacním zesilovacem (OZ3), jehož výstup je pripojen k anode svítivky (LED) optronu (OPI) a zároven ke katode páté diody (D5), jejíž anoda je spolu s katodou svítivky (LED) spojena s horním koncem ctvrtého rezistoru (R4), s horní svorkou proudového zdroje (I1) a s invertujícím vstupem tretího operacního zesilovace (OZ3). Dolní konce ctvrtého rezistoru (R4) a proudového zdroje (I1) jsou oba spojeny se spolecným vodicem.

Description

Vysoce lineární adaptivní zesilovač s velkým rozsahem regulace zisku

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká vysoce lineárního adaptivního zesilovače, kde je jako řídicí prvek použit optron. Řešení umožňuje samočinně regulovat zisk zesilovače ve velkém rozsahu, aniž by tím vznikalo nelineární zkreslení zpracovávaného signálu.

io

Dosavadní stav techniky

Lineární řízený zesilovač s řídicím prvkem ve tvaru optronu s výstupem tvořeným fotorezistorem už byl publikován. Jeho typické zapojení je uvedeno na obr. 1. Je tvořeno řízeným zesilovačem, jehož výstup je přes usměrňovač a tranzistorový převodník napětí/proud připojen na budicí vstup optronu tvořícího řídicí prvek řízeného zesilovače. Hlavní nevýhody známých řešení lze shrnout takto. Vlivem nenulového diferenciálního výstupního odporu reálných zesilovačů vede nelineární zatížení výstupu řízeného zesilovače usměrňovačem k horší linearitě celé soustavy, než dovoluje samotný řízený zesilovač. Běžné uspořádání usměrňovače nedovoluje samotné a nezávislé nasta20 vení náběhové a odběhové doby řízení zesílení. Převod řídicího napětí, získaného usměrněním zpracovávaného signálu, na budicí proud vstupu optronu, například luminiscenční diody, běžným tranzistorovým převodníkem jako je BC55O v obr. 1, je i pri zařazení linearizačního odporu v emitoru tranzistoru stále ještě nelineární, takže může vést k nestabilitě zpětnovazební regulační smyčky. Běžná zapojení neumožňují nezávislé nastavení regulačního prahu, tj. velikosti regulo25 váného výstupního napětí. Konečná regulovaná hodnota výstupního napětí soustavy na výstupních svorkách označených zde „OUT je určena v podstatě neovlivnitelně součtem prahového napětí usměrňovačích diod a prahového napětí převodníkového tranzistoru.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky z velké Části odstraňuje vysoce lineární adaptivní zesilovač s velkým rozsahem regulace zisku podle předkládaného řešení. Tento vysoce lineární adaptivní zesilovač sestává z bloku řízeného zesilovač pro zpracování vstupního napětí u_u, který je tvořen prvním operačním zesilovačem, majícím na svém invertujícím vstupu RC vazbu skládající se z prvního kapacitoru a prvního rezistoru. Dále je součástí zesilovače blok usměrňovače, jehož vstup je tvořen sériovou kombinací čtvrtého kapacitoru a sedmého rezistoru. Tento blok usměrňovače je přes převodník napětí-proud tvořený třetím operačním zesilovačem v zapojení s bočníkovým rezistorem připojen na vstup bloku řídicího členu pro nastavení velikosti zesílení bloku řízeného zesilo40 vače. Proměnný díl obvodu záporné zpětné vazby prvního operačního zesilovače je tvořen paralelní kombinací šestého rezistoru a výstupního odporu optronu. Vstupní člen optronu je tvořen svítivkou a výstupní Člen fotorezistorem. Podstatou nového řešení je, že mezi výstup prvního operačního zesilovače bloku řízeného zesilovače a vstup bloku usměrňovače, který je tvořen sériovou kombinací čtvrtého kapacitoru a sedmého rezistoru, je zařazen blok oddělovače. Tento blok oddělovače je tvořen druhým operačním zesilovačem v režimu napěťového sledovače, který má na svém neinvertujícím vstupu střídavou RC vazbu tvořenou druhým kapacitorem připojeným jedním koncem na výstup prvního operačního zesilovače a spojeným druhým koncem s druhým rezistorem a zároveň s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače. Druhý konec druhého rezistoru je spojen se společným vodičem. Do větve záporné zpětné vazby druhé50 ho operačního zesilovače je mezi jeho výstup a invertuj ící vstup zapojena kombinace antiparalelně spojené první a druhé diody a mezi invertující vstup tohoto druhého operačního zesilovače a společný vodič je zapojen devátý rezistor. Výstup druhého operačního zesilovače bloku oddělovače je dále spojen se čtvrtým kapacitorem na vstupu bloku usměrňovače. Výstup třetího operačního zesilovače je připojen k anodě svítivky ve vstupu optronu v bloku řídicího členu a zároveň ke katodě páté diody. Anoda páté diody je spolu s katodou svítivky spojena s horním koncem

-lCZ 301819 B6 čtvrtého rezistoru, s horní svorkou proudového zdroje a s invertuj ícím vstupem třetího operačního zesilovače. Dolní konce čtvrtého rezistoru a proudového zdroje jsou oba spojeny se společným vodičem.

V jednom možném provedení je vstupem zpracovávaného signálu u_)t invertující vstup prvního operačního zesilovače bloku řízeného zesilovače se sériovou kombinací prvního rezistoru a prvního kapacitoru na tomto invertujícím vstupu. Neinvertující vstup řízeného zesilovače je v tomto případě spojen se společným vodičem.

ίο V jiném možném provedení je bloku řízeného zesilovače předřazen předřadný čtvrtý operační zesilovače, který je zapojen v režimu napěťového sledovače, jehož výstup je spojen s prvním rezistorem.

V dalším provedení může být vstupem zpracovávaného signálu uu neinvertující vstup prvního operačního zesilovače bloku řízeného zesilovače sRC vazbou tvořenou šestým kapacitorem a osmým rezistorem, jejichž společný bod je spojen s tímto neinvertujícím vstupem. V tomto případě pak je druhý konec osmého rezistoru spojen se sériovou kombinací prvního rezistoru a prvního kapacitoru, která je připojená na invertující vstup prvního operačního zesilovače. Společný bod osmého rezistoru a prvního rezistoru je zde připojen na společný vodič.

Ve všech těchto případech je možné řešení, kdy je předpěťový stejnosměrný proudový zdroj tvořen pátým rezistorem připojeným jedním svým koncem k invertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače a druhým koncem na stabilní napájecí napětí.

Rovněž tak lze vždy do větve záporné zpětné vazby bloku oddělovače mezi anttparalelní kombinaci třetí a čtvrté diody a invertující vstup druhého operačního zesilovače zapojit desátý rezistor. Uvedená zapojení mají proti stávajícím řešením následující výhody.

Výstupní signál není ovlivňován nelineárním zatížením usměrňovačem, ani žádným nelineárním řídicím prvkem, takže jeho konečné nelineární zkreslení je dáno pouze vlastnostmi zesilovače, pracujícího v lineárním režimu.

Oddělovací zesilovač může pracovat buď jako napěťový sledovač, nebo i s napěťovým zesílením větším než jednotkovým, takže dovolí nastavit regulovanou výstupní amplitudu zpracovávaného signálu v širokých mezích.

Ve zpětnovazební smyčce oddělovače je zařazen pár antíparalelně spojených diod téhož typu jako v usměrňovači, čímž se vykompenzuje prahové napětí diod, včetně jeho teplotní závislosti, a to za předpokladu, že všechny diody mají tutéž teplotu, což není problém zajistit, protože jejich výkonové zatížení je zanedbatelné. V případě potřeby je možné zařadit do série s kompenzačními diodami další sériový rezistor, který dovolí nastavení prahového napětí regulace respektive amplitudy výstupního regulovaného napětí na víceméně libovolnou hodnotu, i menší než je hodnota daná prahovým napětím uměle vytvořeným pomocným proudem v boěníkovém čtvrtém rezistoru R4.

Převod stejnosměrného řídicího napětí, získaného usměrněním signálu, na proud budící vstup optronu je přesně lineární, takže je-li zářivý tok generovaný vstupním prvkem optronu lineární funkcí budicího proudu - tato podmínka je při užití luminiscenční diody jako zdroje záření splně50 na - usnadňuje početní řešení stability celé soustavy.

Převodník napětí-proud mezi výstupem usměrňovače a vstupem optronu má velmi velkou hodnotu vstupní impedance, a oddělovací zesilovač budící usměrňovač má hodnotu výstupní impedance velmi malou, takže je možné nastavovat náběhovou dobu regulace a odběhovou dobu regulace do značné míry vzájemně nezávisle.

-2CZ 301819 B6

Zavedením umělého předpětí do vstupu převodníku napětí-proud, budícího vstup optronu, lze nastavit práh nástupu regulace, takže regulační pochod začne zabírat až do předem zvolené hodnoty amplitudy výstupního signálu.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje známé zapojení lineárního řízeného zesilovače s optronem. Předkládané řešení io vysoce lineárního adaptivního zesilovače s velkým rozsahem regulace zisku podle předkládaného řešení je pak uvedeno v různých variantách podle obr. 2, 3,4, 5 a 6.

Příklady provedení vynálezu

Předkládané řešení představuje elektronickou soustavu, složenou z hlavních funkčních bloků, které jsou na obrázcích ohraničeny čárkovanou čarou a očíslovány čísly v kroužkách, a to z bloku I řízeného zesilovače, bloku 2 oddělovače s kompenzací prahového napětí usměrňovačích diod, bloku 3 usměrňovače s nastavením náběhu a doběhu regulace, bloku 4 převodníku napětí-proud a nastavení prahu regulace, a z bloku 5 řídicího členu ve tvaru optronu. Příklady zapojení jsou -H-uvedeny na obr. 2 až 7. Dále bude podrobněji popsán obr. 2 a u dalších příkladů podle obr. 3 až 6 budou uvedeny pouze rozdíly od tohoto zapojení.

V příkladu provedení podle obr. 2 se blok i řízeného zesilovače skládá z prvního operačního zesilovače OZ1 s neinvertujícím vstupem spojeným se společným vodičem. K jeho invertujícímu vstupu je prostřednictvím sériové kombinace prvního rezistoru RJ a prvního kapacitoru C! připojeno vstupní napětí Uij. Mezi invertující vstup a výstup prvního operačního zesilovače OZ1 ie dále připojena paralelní kombinace šestého rezistoru R6a fotorezistoru FO, tj. výstupu optronu OPI, tvořícího blok 5 řídícího členu. K výstupu prvního operačního zesilovače OZ1 je dále při30 pojena horní výstupní svorka výstupního napětí U22 prostřednictvím třetího kapacitoru C3, a prostřednictvím druhého kapacitoru C2 i neinvertující vstup druhého operačního zesilovače OZ2 v bloku 2 oddělovače. Dolní svorka výstupního napětí U22 je spojena se společným vodičem. Mezi neinvertující vstup druhého operačního zesilovače QZ2 a společný vodič je dále připojen druhý rezistor R2, Mezi invertuj ící vstup druhého operačního zesilovače OZ2 a společný vodič je pri35 pojen devátý rezistor R9 a dále je mezi invertující vstup druhého operačního zesilovače QZ2 a jeho výstup připojena antiparalelně spojená dvojice třetí diody D3 a čtvrté diody D4. Výstup druhého operačního zesilovače OZ2 je dále spojen se vstupem bloku 3 oddělovače. Vstup bloku 3 usměrňovače je tvořen sériovou kombinací čtvrtého kapacitoru C4 a sedmého rezistoru R7. Druhý konec sedmého rezistoru R7 je spojen s katodou první diody Dl a anodou druhé diody D2.

Anoda první diody Dl je spojena se společným vodičem. Katoda druhé diody D2 je spojena se vstupem bloku 4 převodníku napětí-proud tj. s neinvertujícím vstupem třetího operačního zesilovače OZ3. Současně je mezi katodu druhé diody D2 a společný vodič připojena paralelní kombinace třetího rezistoru R3 a pátého kapacitoru C5. Výstup třetího operačního zesilovače OZ3 je připojen k anodě svítivky LED ve vstupu optronu OPI, v bloku 5 řídicího členu, a zároveň ke katodě páté diody D5. Anoda páté diody D5 a katoda svítivky LED v bloku 5 řídicího členu jsou obě spojeny s horním koncem Čtvrtého rezistoru R4, s horní svorkou prvního proudového zdroje IX a s invertujícím vstupem třetího operačního zesilovače OZ3. Dolní konce čtvrtého rezistoru R4 a prvního proudového zdroje li jsou oba spojeny se společným vodičem. Všechny operační zesilovače jsou napájeny standardním souměrným napájecím napětím 2x15 V. Místo proudového zdroje lze použít zapojení s pátým rezistorem 5, jak je uvedeno na obr. 5, kteiý v reálné konstrukci zajišťuje, respektive simuluje chování proudového zdroje.

Uvedené zapojení pracuje následujícím způsobem. Na vstupní svorky bloku i řízeného zesilovače se přivádí zpracovávaný signál un. Toto napětí slouží jako vstup pro blok i řízeného zesilova55 če, tvořeného prvním operačním zesilovačem OZL což je operační zesilovač ve standardním

-3CZ 301819 B6 invertuj ícím zapojení pro zpracování střídavých signálů, tj. s potlačením stejnosměrné složky RC vazbou. Velikost zesílení se nastavuje proměnnou velikostí dělicího poměru rezistorů zpětnovazební sítě, a to změnou jednoho zpětnovazebního rezistorů, v tomto případě složeného jako paralelní kombinace šestého rezistorů Ró a fotorezistoru FO na výstupu optronu OPI. Šestý rezistor R6 omezuje nárůst zesílení v situaci bez signálu, kdy vnitřní odpor výstupu optronu OPI respektive fotorezistoru FO stoupne na hodnotu „za tmy“, která je velmi vysoká, typicky více než ΙΟ⁷ Ω. Tak veliká hodnota zpětnovazebního odporu není u běžných operačních zesilovačů vhodná, protože zpravidla vyvolá ztrátu přesné polohy klidového pracovního bodu, která sice činnosti řízeného zesilovače OZ1 při zpracování signálů bez stejnosměrné složky obecně nevadí, ale za jistých okolností může vést k některým méně žádoucím vedlejším dynamickým jevům. Vhodně zvolená hodnota šestého rezistorů R6 zabrání vzniku těchto nežádoucích jevů, aniž by nějak omezovala činnost soustavy. Zbývající část zpětnovazební sítě tvořená prvním rezistorem Rl a prvním kapacitorem Čije standardní uspořádání pro práci se signálem, ve kterém se má potlačit stejnosměrná složka. Pokud je předem bezpečně známo, že zpracovávaný signál nebude nikdy žádnou stejnosměrnou složku obsahovat, může být vazební, zde třetí kapacitor C3, nahrazen zkratem. V případě, že je třetí kapacitor C3 zařazen, určuje spolu s prvním rezistorem Rl a s prvním kapacitorem Cl dolní mezní kmitočet vstupu prvního operačního zesilovače OZ1 podle rovnice f_min = 1/(2_TTR1C1). Výstupní regulovaný signál U22 je veden na výstupní svorky prostřednictvím vazebního třetího kapacitoru C3.

Vstup bloku 2 oddělovače dostává signál z výstupu prvního operačního zesilovače QZ1 prostřednictvím RC vazby tvořené druhým rezistorem R2 a druhým kapacitorem C2. Blok 2 oddělovače pracuje tak, že jeho úkolem je oddělit silně nelineární zátěž, představovanou blokem 3 usměrňovače, od výstupu bloku i řízeného zesilovače, kde by nelineární zátěž vyvolávala nelineární zkreslení zpracovávaného signálu, protože diferenciální výstupní odpor prvního operačního zesilovače OZL jako u každého reálného zesilovače, není nulový. Blok 2 oddělovače obsahuje druhý operační zesilovač OZ2, který zapojen jako napěťový sledovač s vestavěnou kompenzací „mrtvé zóny“ usměrňovače, dané prahovým napětím první diody Dl a druhé diody D2 bloku 3 usměrňovače. Jeho neinvertující vstup má vnitřní impedanci velmi velikou a lineární, takže nemůže vyvolat nelineární zkreslení výstupního napětí u₂₂. Tím, že jsou v sérii ve zpětnovazební smyčce zařazeny antiparalelně spojené kompenzační diody, tedy třetí dioda D3 a čtvrtá D4, se dosáhne toho, že druhý, oddělovací, operační zesilovač OZ2 vytvoří amplitudu výstupního napětí větší o prahové napětí třetí diody D3 a čtvrté diody D4, než je amplituda jeho vstupního napětí U22. Antiparalelní spojení třetí diody D3 a čtvrté diody D4 zajišťuje, aby to platilo pro obě pola35 rity střídavého výstupního napětí u^. Tím se vykompenzuje vliv nenulového a teplotně závislého prahového napětí první diody Dl a druhé diody D2.

Blok 3 usměrňovače reaguje na napěťový rozkmit výstupního signálu u^ bez ohledu na tvar jeho časového průběhu. Kombinace součástek čtvrtý kapacitor C4, první dioda DL druhá dioda D2 a pátý kapacitor C5 představuje klasický Delonův zdvojovač napětí. V této aplikaci je jeho účelem vytvořit stejnosměrné napětí, úměrné velikosti amplitudy, tedy tzv. napětí špička-špička“, výstupního signálu U22. Sedmý rezistor R7 v bloku 3 usměrňovače slouží k nastavení rychlosti nabíjení pátého kapacitoru C5, čili k nastavení doby náběhu regulace. Třetí rezistor R3 slouží k nastavení rychlosti vybíjení pátého kapacitoru C5, čili k nastavení odběhové, zotavovací, doby.

Výstupní napětí bloku 3 usměrňovače z pátého kapacitoru C5 je vedeno na vstup bloku 4 převodníku napětí-proud, tedy na neinvertující vstup třetího operačního zesilovače OZ3.

Pro převedení usměrněného napětí na budicí proud optronu slouží bočníkový čtvrtý rezistor R4, zapojený v sérii se zátěží bloku 4 převodníku napětí-proud, tedy se vstupem optronu OPI tvoře50 ným svítivkou LED bloku 5 řídicího členu. Úbytek napětí na pátém rezistorů R5 vyvolaný průtokem budicího proudu vstupu optronu OPI se přivádí na invertuj ící vstup třetího operačního zesilovače OZ3 jako zpětnovazební signál. Pátý rezistor R5 zavádí do bočníkového čtvrtého rezistorů R4 přídavný proud, odvozený z konstantního napětí, například z napájecího napětí, je-li dostatečně stabilizováno. Přídavný proud vytváří na čtvrtém rezistorů R4 nenulové kompenzační, tedy prahové, napětí, které se odečítá od napětí, přiváděného na neinvertující vstup třetího operačního

-4CZ 301819 B6 zesilovače OZ3, čímž zabrání vytvoření budicího proudu pro vstup optronu OPI, dokud výstupní napětí bloku 3 usměrňovače na pátém kapacitoru 05 nepřekročí hodnotu tohoto kompenzačního napětí. Tím lze nastavit velikost amplitudy výstupního napětí «η, od které výše teprve regulace začíná pracovat. Pátá dioda D5 v bloku 4 převodníku napětí/proud slouží jako ochrana proti pře5 polování vstupu optronu OPI.

Hlavní regulační prvek je optron OPI v bloku 5 řídicího Členu. Optron OPI užívá jako zářiče svítivky, jejíž výhodou je, že v rozmezí trvale dovolených budicích proudů její výstupní zářivý tok je lineární funkcí proudu. Výstupní člen optronu OPI je fotorezístor FO, jehož význačnou io vlastností je linearita jeho voltampérové charakteristiky, takže jeho začlenění do zpětnovazební smyčky řízeného zesilovače OZ1 nezpůsobí nelineární zkreslení zpracovávaného signálu.

Zapojení podle obr. 2 a také zapojení podle obr. 5 mají pro vstupní napětí u_b diferenciální vstupní odpor rovný hodnotě odporu prvního rezistoru Rl. Ta se s ohledem na požadované velké napěťové zesílení pro slabé signály zpravidla volí poměrně malá, typicky 10³... 10⁴ Ω, což může v některých aplikacích vadit.

V případě, že je zapotřebí veliký diferenciální vstupní odpor, lze užít zapojení podle obr. 4, které je analogické zapojení podle obr. 2 a od zapojení v obr. se 2 liší pouze tím, že vstupní signál není přiváděn do invertuj ícího vstupu prvního operačního zesilovače OZ1 bloku I řízeného zesilovače, ale do jeho neinvertujícího vstupu, prostřednictvím RC vazby tvořené osmým rezístorem R8 a Šestým kapacitorem C6. S neinvertujícím vstupem prvního operačního zesilovače OZ1 je spojen společný bod Šestého kapacitoru C6 a osmého rezistoru R8. Druhý konec osmého rezistoru R8 je spolu s druhým koncem zpětnovazebního prvního rezistoru Rl spojen se společným vodičem.

V tomto případě je diferenciální vstupní odpor soustavy prakticky roven hodnotě osmého rezistoru R8, kterou je u dobrých operačních zesilovačů možné volit až o několik řádů větší, než hodnotu prvního rezistoru Rl. Hodnota časové konstanty Šestého kapacitoru C6 a osmého rezistoru R8 potom spolu s časovou konstantou prvního kapacitoru Cl a prvního rezistoru Rl společně určují dolní mezní kmitočet soustavy. Řešení s velkým diferenciálním vstupním odporem podle obr. 4 má však proti řešení podle obr. 2 nevýhodu. Tím, že vstupní signál je přiváděn do neinvertujícího vstupu prvního operačního zesilovače OZ1 je dáno, že regulační zpětná vazba nemůže napěťové zesílení prvního operačního zesilovače OZ1 zmenšit pod jednotkovou velikost, což v zapojení podle obr. 2 možné je, takže dosažitelný regulační rozsah soustavy pro velká vstupní napětí ujj se poněkud zmenší.

Zapojení podle obr. 3 je analogické k zapojení podle obr. 2, s tím rozdílem, že vstupu bloku i řízeného zesilovače je předřazen čtvrtý operační zesilovač OZ4, pracující v režimu napěťového sledovače. Tím se zajistí velký diferenciální vstupní odpor soustavy a současně zůstává beze změny velký regulační rozsah zapojení podle obr. 2. V ostatních ohledech je zapojení podle obr. 3 analogické zapojení v obr. 2. Funkce osmého rezistoru R8 a šestého kapacitoru C6 v obr. 3 je totožná s funkcí těchto součástek v zapojení podle obr. 4, tedy opět se jedná o klasickou RC vazbu. Menší nevýhodou zapojení podle obr. 3 je jeho poněkud větší šum proti zapojení z obr. 2, typicky cca o 3 dB, je-li Čtvrtý operační zesilovač OZ4 stejného typu jako první operační zesilovač OZ1, protože se zde uplatní kaskádní řazení vnitrního šumu předřazeného čtvrtého operač45 ního zesilovače OZ4 a prvního operačního zesilovače OZ1. Oproti zapojení podle obr. 4 je zde však zachována zásadní výhody zapojení podle obr. 2, totiž velký regulační rozsah zvládající i amplitudy vstupního napětí u_u větší než je regulovaná hodnota výstupního napětí U22.

Zapojení podle obr. 5 je funkčně totožné se zapojením podle obr. 2, pouze s tím rozdílem, že místo symbolu ideálního prvního proudového zdroje Π. je zde zakreslen standardní způsob jeho náhrady reálným obvodem podle věty o dualitě, složeným ze sériové kombinace pátého rezistoru R5 s dostatečně velikou hodnotou odporu a napěťového zdroje, v obr. 5 je to stabilní napájecí napětí +15 V. Obdobným způsobem lze v reálné konstrukci řešit obvodovou realizaci proudového zdroje i ve všech zapojeních podle obrázků 2, 3,4 a 6.

-5CZ 30X819 B6

Zapojení podle obr. 6 je analogické k zapojení podle obr. 2 s tím rozdílem, že do smyčky záporné zpětné vazby druhého operačního zesilovače OZ2 v bloku 2 oddělovače je v sérii s antiparalelně spojenými kompenzačními diodami, tedy třetí diodou D3 a čtvrtou diodou D4, zapojen ještě desátý rezistor Rl0. Tím se dá napěťové zesílení čtvrtého operačního zesilovače OZ4 nastavit na hodnotu větší než jednotkovou, což dovolí nastavit amplitudu regulovaného výstupního napětí U22 menší, než je prahová hodnota, určená úbytkem, napětí na čtvrtém rezistoru R4, vyvolaným průtokem prvního proudového zdroje U, nastavujícího práh regulace.

Teoreticky existuje také možnost realizovat zapojení bez třetí diody D3, čtvrté diody D4 a deváio tého rezistoru R9, avšak taková soustava je obecně horší, než výše popisované příklady. Nicméně přijatelné pracovat může, zejména dá-li se očekávat konstantní teplota a jsou-li menší nároky na přesnost regulované hodnoty výstupu.

Průmyslová využitelnost

Adaptivní zesilovač podle výše uvedených popisů je využitelný všude, kde se vyžaduje zpracování vstupního střídavého signálu takové, aby jeho maximální amplituda byla rovna předem nastavené hodnotě, i když největší vstupní amplituda kolísá ve velkém rozsahu, přičemž popiso20 váný zesilovač dovoluje téměř nezávislé nastavení jednak rychlosti náběhu regulace zesílení, jednak časového intervalu, po který se udržuje samočinně nastaveného zesílení po příchodu vrcholové hodnoty vstupního signálu, to vše aniž by se do zpracovávaného signálu vnášelo nelineární zkreslení, jinak řečeno aniž by se ve výstupním signálu objevily spektrální složky, které vstupní signál neobsahoval. Hlavní aplikační pole je v elektroakustice a při zpracování střídavých senzorových signálů všeho druhu.

Claims

30 PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vysoce lineární adaptivní zesilovač s velkým rozsahem regulace zisku sestávající z bloku (1) řízeného zesilovače pro zpracování vstupního napětí (m//), tvořeného prvním operačním zesi35 lovačem (OZ1), majícím na svém invertujícím vstupu RC vazbu skládající se z prvního kapacitoru (Cl) a prvního rezistoru (Rl), z bloku (3) usměrňovače, jehož vstup je tvořen sériovou kombinací čtvrtého kapacitoru (C4) a sedmého rezistoru (R7), který je přes převodník (4) napětíproud tvořený třetím operačním zesilovačem (OZ3) v zapojení s bočníkovým rezistorem (R4) připojen na vstup bloku (5) řídicího členu pro nastavení velikosti zesílení bloku (t) řízeného

40 zesilovače, kde proměnný díl obvodu záporné zpětné vazby prvního operačního zesilovače (OZ1) je tvořen paralelní kombinací šestého rezistoru (R6) a výstupního odporu optronu (OPI), kde vstupní člen optronu (OPI) je tvořen svítivkou (LED) a výstupní člen fotorezistorem (FO), vyznačující se tím, že mezi výstup prvního operačního zesilovače (OZ1) bloku (1) řízeného zesilovače a vstup bloku (3) usměrňovače, který je tvořen sériovou kombinací čtvrtého

45 kapacitoru (C4) a sedmého rezistoru (R7), je zařazen blok (2) oddělovače tvořený druhým operačním zesilovačem (OZ2) v režimu napěťového sledovače majícího na svém ne invertuj ícím vstupu střídavou RC vazbu tvořenou druhým kapacitorem (C2) připojeným jedním koncem na výstup prvního operačního zesilovače (OZ1) a spojeným druhým koncem s druhým rezistorem (R2) a zároveň s neinvertujícím vstupem druhého operačního zesilovače (OZ2), kde druhý konec

50 druhého rezistoru (R2) je spojen se společným vodičem a do větve záporné zpětné vazby druhého operačního zesilovače (OZ2) je mezi jeho výstup a invertující vstup zapojena kombinace antiparalelně spojené první diody (D3) a druhé diody (D4) a mezi invertující vstup druhého operačního zesilovače (OZ2) a společný vodič je zapojen devátý rezistor (R9), a výstup druhého operačního zesilovače (OZ2) bloku (2) oddělovače je dále spojen se čtvrtým kapacitorem (C4) na

55 vstupu bloku (3) usměrňovače, přičemž výstup třetího operačního zesilovače (OZ3) je připojen

-6CZ 301819 Bť) k anodě svítívky (LED) ve vstupu optronu (OPI) v bloku (5) řídicího členu, a zároveň ke katodě páté diody (D5), jejíž anoda je spolu s katodou svítivky (LED) spojena s horním koncem čtvrtého rezistoru (R4), s horní svorkou proudového zdroje (11) a s invertujícím vstupem třetího operačního zesilovače (OZ3) a dolní konce Čtvrtého rezistoru (R4) a proudového zdroje (II) jsou

5 oba spojeny se společným vodičem.
2. Vysoce lineární adaptivní zesilovač podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupem zpracovávaného signálu (un) je invertující vstup prvního operačního zesilovače (OZ1) bloku (1) řízeného zesilovače se sériovou kombinací prvního rezistoru (Rl) a prvního kapacitoru (Cl) io na tomto invertujícím vstupu, přičemž neinvertující vstup řízeného zesilovače je spojen se společným vodičem.
3. Vysoce lineární adaptivní zesilovač podle nároku 2, vyznačující se tím, že bloku (1) řízeného zesilovače (OZ1) je předřazen předřadný čtvrtý operační zesilovač (OZ4) zapojený

15 v režimu napěťového sledovače, jehož výstup je spojen s prvním rezistorem (R1).
4. Vysoce lineární adaptivní zesilovač podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupem zpracovávaného signálu (un) je neinvertující vstup prvního operačního zesilovače (OZ1) bloku (1) řízeného zesilovače s RC vazbou tvořenou šestým kapacitorem (C6) a osmým rezisto20 rem (R8), jejichž společný bod je spojen s tímto neinvertujícím vstupem a druhý konec osmého rezistoru (R8) je spojen se sériovou kombinací prvního rezistoru (Rl) a prvního kapacitoru (Cl) připojenou na invertující vstup prvního operačního zesilovače (OZ1), přičemž společný bod osmého rezistoru (R8) a prvního rezistoru (Rl) je připojen na společný vodič.

25 5. Vysoce lineární adaptivní zesilovač podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačující se tím, že předpěťový stejnosměrný proudový zdroj (11) je vytvořen pátým rezistorem (R5) připojeným jedním svým koncem k invertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače (OZ3) a druhým koncem na stabilní napájecí napětí.

30 6. Vysoce lineární adaptivní zesilovač podle kteréhokoli z nároků laž5, vyznačující se tím, že do větve záporné zpětné vazby bloku (2) oddělovače je mezi antiparalelní kombinaci třetí diody (D3) a čtvrté diody (D4) a invertující vstup druhého operačního zesilovače (OZ2) zapojen desátý rezistor (R10).