RU2627123C1 - Inverting scaling amplifier with frequency error compensation - Google Patents

Inverting scaling amplifier with frequency error compensation Download PDF

Info

Publication number
RU2627123C1
RU2627123C1 RU2016124623A RU2016124623A RU2627123C1 RU 2627123 C1 RU2627123 C1 RU 2627123C1 RU 2016124623 A RU2016124623 A RU 2016124623A RU 2016124623 A RU2016124623 A RU 2016124623A RU 2627123 C1 RU2627123 C1 RU 2627123C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
operational amplifier
input
resistor
output
resistors
Prior art date
Application number
RU2016124623A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Пантелеймонович Морозов
Роберт Рубенович Бабаян
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2016124623A priority Critical patent/RU2627123C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2627123C1 publication Critical patent/RU2627123C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/18—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals
    • G06G7/184—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements
    • G06G7/186—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements using an operational amplifier comprising a capacitor or a resistor in the feedback loop

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: scaling amplifier with frequency error compensation is characterized in the fact that it consists of the first operational amplifier, between the output of which and the input of the device the first and second analogous dividers of feedback resistors and input resistors are included, the common point of the first divider resistors is connected to the inverse input of the first operational amplifier, uncomplemented input of the first operational amplifier is connected to the common neutral bus of the device, of the second operational amplifier, between the output and the inverse input of which a resistor similar to the feedback resistor of the first operational amplifier is included, the common point of the second divider resistors is connected to the inverse input of the second operational amplifier. Between the output of the first operational amplifier and the uncomplemented input of the second operational amplifier a resistor similar to the feedback resistor of the first operational amplifier is included, and between the uncomplemented input of the second operational amplifier and the common neutral bus of the device a resistor with resistance similar to the parallel-connected input resistor and the feedback resistor of the first operational amplifier is included, the output of the second operational amplifier is the output of the device.
EFFECT: improved scaling accuracy.
1 dwg

Description

Масштабные усилители, инвертирующие и неинвертирующие, широко применяются в различных электронных устройствах для усиления непрерывных сигналов с заданным коэффициентом масштабирования.Large-scale inverting and non-inverting amplifiers are widely used in various electronic devices to amplify continuous signals with a given scaling factor.

Известен инвертирующий масштабный усилитель непрерывных сигналов, содержащий операционный усилитель (ОУ) и делитель, включенный между входом и выходом устройства и состоящий из двух последовательно соединенных резисторов - резистора отрицательной обратной связи (ООС) и входного резистора, общая точка которых подключена к инверсному входу ОУ, выход которого служит выходом устройства. При этом подразумевается, что неинверсный вход ОУ соединен с общей шиной устройства - «землей» (см. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1987, с. 42).Known inverting scale amplifier of continuous signals, containing an operational amplifier (op amp) and a divider connected between the input and output of the device and consisting of two series-connected resistors - negative feedback resistor (OOS) and input resistor, the common point of which is connected to the inverse input of the opamp, the output of which serves as the output of the device. It is understood that the non-inverse input of the op-amp is connected to the device common bus - “ground” (see Tetelbaum IM, Schneider Yu.R. Practice of analog modeling of dynamic systems. Reference manual. M.: Energoizdat, 1987, p. 42 )

В известном устройстве малая частотная погрешность коэффициента масштабирования относительно расчетного значения, равного отношению сопротивления резистора ООС к сопротивлению входного резистора, достигается только для сигналов низких частот при высоких значениях (до 106) коэффициента усиления ОУ без обратной связи. Но с ростом частоты входного сигнала коэффициент усиления ОУ пропорционально снижается, стремясь к единице на некоторой частоте - так называемой частоте единичного усиления. Соответственно, с ростом частоты сигнала в известном устройстве возрастает погрешность масштабирования, выражаемая в виде дополнительной составляющей к расчетному значению масштабированного входного сигнала. На некоторой частоте погрешность становится недопустимо большой, особенно при высоких значениях коэффициента масштабирования.In the known device, a small frequency error of the scaling factor relative to the calculated value equal to the ratio of the resistance of the OOS resistor to the resistance of the input resistor is achieved only for low-frequency signals at high values (up to 10 6 ) of the gain of the op-amp without feedback. But as the frequency of the input signal increases, the gain of the op-amp decreases proportionally, tending to unity at a certain frequency - the so-called frequency of unity gain. Accordingly, with increasing signal frequency in the known device, the scaling error increases, expressed as an additional component to the calculated value of the scaled input signal. At a certain frequency, the error becomes unacceptably large, especially at high scaling factors.

Для выделения знаком составляющей погрешности аналоговых операционных блоков, в том числе масштабного усилителя, было предложено устройство контроля погрешности (см. Морозов В.П. Контроль исправности аналоговых операционных блоков. «Датчики и системы», 2003, №8, стр. 35, рис. 2 - прототип).To highlight the error component of the analog operating units, including a large-scale amplifier, an error control device was proposed (see Morozov VP, Monitoring the health of analog operating units. “Sensors and Systems”, 2003, No. 8, p. 35, fig. . 2 - prototype).

В устройстве-прототипе между входом и выходом устройства включен дополнительный делитель, аналогичный основному в известном устройстве (то есть с такими же сопротивлениями резисторов, подключенных к входу и выходу устройства), общая точка резисторов дополнительного делителя соединена с инверсным входом второго ОУ, неинверсный вход второго ОУ непосредственно соединен с общей шиной, выход второго ОУ соединен с его инверсным входом через резистор, аналогичный (то есть с таким же сопротивлением) резистору ООС в основном делителе. Такое включение, как доказано в описании устройства-прототипа, обеспечивает выделение на выходе второго ОУ напряжения, соответствующего погрешности операции с обратным знаком. Однако погрешность операции масштабирования в устройстве-прототипе, несмотря на наличие контроля, с повышением частоты повышается так же, как и в известном устройстве, что вынуждает при повышении частоты применять для сохранения точности все более высокочастотные и дорогостоящие ОУ.In the prototype device, an additional divider is included between the input and output of the device, similar to the main one in the known device (that is, with the same resistances of the resistors connected to the input and output of the device), the common point of the resistors of the additional divider is connected to the inverse input of the second op-amp, non-inverse input of the second The op-amp is directly connected to the common bus, the output of the second op-amp is connected to its inverse input through a resistor similar to (i.e. with the same resistance) the OOS resistor in the main divider. Such an inclusion, as proved in the description of the prototype device, provides the selection at the output of the second op-amp voltage corresponding to the error of the operation with the opposite sign. However, the error of the scaling operation in the prototype device, despite the presence of control, increases with increasing frequency in the same way as in the known device, which forces increasing frequency to use increasingly high-frequency and expensive op-amps to maintain accuracy.

Недостатком устройства-прототипа является ограниченная точность масштабирования, обусловленная частотными свойствами примененного ОУ.The disadvantage of the prototype device is the limited accuracy of scaling due to the frequency properties of the applied op-amp.

Для устранения указанного недостатка в устройство-прототип введен резистор с сопротивлением, равным сопротивлению резистора ООС, включенный между выходом первого ОУ и неинверсным входом второго ОУ, неинверсный вход второго ОУ соединен с общей шиной устройства через резистор с сопротивлением, равным параллельному соединению резистора ООС и входного резистора, выходом устройства является выход второго ОУ.To eliminate this drawback, a prototype device has a resistor with a resistance equal to the resistance of the OOS resistor, connected between the output of the first OA and the non-inverse input of the second OA, the non-inverse input of the second OA is connected to the device common bus through a resistor with a resistance equal to the parallel connection of the OOS resistor and the input resistor, the output of the device is the output of the second op-amp.

Техническим результатом изобретения является существенное повышение точности масштабирования инвертирующего усилителя на операционных усилителях с ограниченной частотой единичного усиления.The technical result of the invention is a significant increase in the accuracy of scaling of the inverting amplifier on operational amplifiers with a limited frequency of unity gain.

Технический результат изобретения достигается тем, что в устройство введены резистор с сопротивлением, равным сопротивлению ООС, включенный между выходом первого ОУ и неинверсным входом второго ОУ, а также резистор с сопротивлением, равным параллельному соединению резисторов ООС и входного, включенный между неинверсным входом второго ОУ и общей шиной устройства, выход второго ОУ является выходом устройства.The technical result of the invention is achieved by the fact that a resistor with a resistance equal to the resistance of the OOS included between the output of the first op-amp and a non-inverse input of the second op-amp, as well as a resistor with a resistance equal to the parallel connection of the resistors of the OOS and an input connected between the non-inverse input of the second op-amp and the common bus of the device, the output of the second op-amp is the output of the device.

Схема устройства показана на чертеже.The device diagram is shown in the drawing.

Устройство содержит входной резистор 1 и резистор обратной связи 2, общая точка которых соединена с инверсным входом ОУ 3, неинверсный вход ОУ 3 соединен с общей шиной устройства. Между входом устройства и выходом ОУ 3 включены последовательно соединенные резистор 4, аналогичный резистору 1, и резистор 5, аналогичный резистору 2. Общая точка резисторов 4 и 5 подключена к инверсному входу ОУ 6, соединенному через резистор 7, аналогичный резистору 2, с выходом ОУ 6. Неинверсный вход ОУ 6 соединен с выходом ОУ 3 через резистор 8, аналогичный 2, а с общей шиной - через резистор 9, аналогичный параллельному соединению резисторов 1 и 2, выход ОУ 6 является выходом устройства.The device contains an input resistor 1 and a feedback resistor 2, the common point of which is connected to the inverse input of the op-amp 3, the non-inverse input of the op-amp 3 is connected to the device common bus. Between the input of the device and the output of the op-amp 3, a resistor 4, similar to the resistor 1, and a resistor 5, similar to the resistor 2, are connected in series. The common point of the resistors 4 and 5 is connected to the inverse input of the op-amp 6, connected through the resistor 7, similar to the resistor 2, with the op-amp output 6. The non-inverse input of the op-amp 6 is connected to the output of the op-amp 3 through a resistor 8, similar to 2, and with a common bus through a resistor 9, similar to the parallel connection of resistors 1 and 2, the output of the op-amp 6 is the output of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Составляющая погрешности масштабирования в виде напряжения, дополнительного к напряжению, имеющемуся на выходе ОУ 3, выделяется с помощью резисторов 4, 5 на выходе ОУ 6, охваченного ООС через резистор 7. Поскольку резисторы 4, 5 и 7 соединены с инверсным входом ОУ 6, составляющая погрешности на выходе ОУ 6 имеет обратный знак относительно своего значения на выходе ОУ 3. Полное значение масштабированного входного сигнала с погрешностью того же знака, что и на выходе ОУ 3, поступает на неинверсный вход ОУ 6 через делитель из резисторов 8, 9, сопротивления которых известным способом рассчитаны так, что на выходе ОУ 6 это значение равно сигналу на выходе ОУ 3. При этом составляющие погрешности с прямым и обратным знаками взаимно компенсируются, и на выходе ОУ 6, который теперь служит выходом устройства, остается только точное значение масштабированного входного сигнала, в результате погрешность масштабирования существенно уменьшается.The component of the scaling error in the form of a voltage additional to the voltage available at the output of the op-amp 3 is extracted with resistors 4, 5 at the output of the op-amp 6, covered by the OOS through the resistor 7. Since the resistors 4, 5 and 7 are connected to the inverse input of the op-amp 6, the component the error at the output of the op-amp 6 has the opposite sign relative to its value at the output of the op-amp 3. The full value of the scaled input signal with an error of the same sign as the output of the op-amp 3 is fed to the non-inverse input of the op-amp 6 through a divider from resistors 8, 9, which are calculated in a known manner so that at the output of the op-amp 6 this value is equal to the signal at the output of the op-amp 3. In this case, the component errors with forward and reverse signs are mutually compensated, and at the output of the op-amp 6, which now serves as the output of the device, only the exact value of the scaled input signal, as a result, the scaling error is significantly reduced.

Claims (1)

Масштабный усилитель с компенсацией частотной погрешности, характеризующийся тем, что состоит из первого операционного усилителя, между выходом которого и входом устройства включены первый и второй аналогичные делители из резисторов обратной связи и входных резисторов, общая точка резисторов первого делителя соединена с инверсным входом первого операционного усилителя, неинверсный вход первого операционного усилителя соединен с общей нулевой шиной устройства, второго операционного усилителя, между выходом и инверсным входом которого включен резистор, аналогичный резистору обратной связи первого операционного усилителя, общая точка резисторов второго делителя подключена к инверсному входу второго операционного усилителя, при этом между выходом первого операционного усилителя и неинверсным входом второго операционного усилителя включен резистор, аналогичный резистору обратной связи первого операционного усилителя, а между неинверсным входом второго операционного усилителя и общей нулевой шиной устройства включен резистор с сопротивлением, аналогичным параллельно соединенным входному резистору и резистору обратной связи первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя является выходом устройства.A large-scale amplifier with frequency error compensation, characterized in that it consists of a first operational amplifier, between the output of which and the input of the device include the first and second similar dividers of feedback resistors and input resistors, the common point of the resistors of the first divider is connected to the inverse input of the first operational amplifier, non-inverse input of the first operational amplifier is connected to the common zero bus of the device, the second operational amplifier, between the output and the inverse input of which a resistor similar to the feedback resistor of the first operational amplifier is turned on, the common point of the resistors of the second divider is connected to the inverse input of the second operational amplifier, while a resistor similar to the feedback resistor of the first operational amplifier is connected between the output of the first operational amplifier and the non-inverse input of the second operational amplifier, and between the non-inverse input of the second operational amplifier and the common zero bus of the device, a resistor with a resistance similar to a couple is connected connected to the input resistor and feedback resistor of the first operational amplifier, the output of the second operational amplifier is the output of the device.
RU2016124623A 2016-06-21 2016-06-21 Inverting scaling amplifier with frequency error compensation RU2627123C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124623A RU2627123C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Inverting scaling amplifier with frequency error compensation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016124623A RU2627123C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Inverting scaling amplifier with frequency error compensation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2627123C1 true RU2627123C1 (en) 2017-08-03

Family

ID=59632338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016124623A RU2627123C1 (en) 2016-06-21 2016-06-21 Inverting scaling amplifier with frequency error compensation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2627123C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715471C1 (en) * 2019-08-02 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Inverting scale amplifier with controlled degree

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU763909A1 (en) * 1978-03-16 1980-09-15 Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина Scale amplifier
SU962987A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-30 Ордена Ленина Институт Проблем Управления Scale amplifier
SU1120356A1 (en) * 1983-04-28 1984-10-23 Пензенский Политехнический Институт Scaler
SU1418763A1 (en) * 1987-01-04 1988-08-23 Предприятие П/Я В-2867 Scale amplifier with variable transfer coefficient
CN101820256A (en) * 2010-04-21 2010-09-01 无锡伯顿电子科技有限公司 Sensor signal amplifying and conditioning circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU763909A1 (en) * 1978-03-16 1980-09-15 Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина Scale amplifier
SU962987A1 (en) * 1981-02-24 1982-09-30 Ордена Ленина Институт Проблем Управления Scale amplifier
SU1120356A1 (en) * 1983-04-28 1984-10-23 Пензенский Политехнический Институт Scaler
SU1418763A1 (en) * 1987-01-04 1988-08-23 Предприятие П/Я В-2867 Scale amplifier with variable transfer coefficient
CN101820256A (en) * 2010-04-21 2010-09-01 无锡伯顿电子科技有限公司 Sensor signal amplifying and conditioning circuit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2715471C1 (en) * 2019-08-02 2020-02-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Inverting scale amplifier with controlled degree

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9684018B2 (en) Current sense circuit that operates over a wide range of currents
US9595931B2 (en) Two differential amplifier configuration
JP6744695B2 (en) Active shunt ammeter
US20130271165A1 (en) Output impedance testing device
RU2627123C1 (en) Inverting scaling amplifier with frequency error compensation
JP6646380B2 (en) Current detection circuit
MD672Z (en) Impedance converter
Anudev et al. Analytical study of howland current source model
RU2586084C1 (en) Multi-channel converter of resistance of resistive sensors into voltage
CN104883147A (en) Preamplifier of acoustic emission detector
CN206023713U (en) A kind of single supply op zeroing circuit and amplifying circuit
JP6574668B2 (en) Impedance measurement circuit
MD701Z (en) Impedance converter
RU2715471C1 (en) Inverting scale amplifier with controlled degree
JP2014232879A5 (en)
JP2016090379A (en) measuring device
RU131539U1 (en) AMPLITUDE DETECTOR
RU2411523C1 (en) Device for measuring nonlinear distortions with polar-controlled signal
WO2012053992A4 (en) Current source with active common mode rejection
KR101138692B1 (en) Circuit for detecting a load current
RU2654905C1 (en) Device for converting the resistance changes into voltage
RU2389035C1 (en) Device for measuring nonlinear distortions with generation of variable distortions
EP3130894A3 (en) Abnormality detection device for sensor and sensor device
WO2020137770A1 (en) Contact resistance measurement device
Elaraby A Detailed Lesson on Operational Amplifiers-Negative Feedback