SU1287190A1

SU1287190A1 - Differential scaler

Info

Publication number: SU1287190A1
Application number: SU843790232A
Authority: SU
Inventors: Зураб Николаевич Демуришвили; Владимир Геннадиевич Скворцов
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1987-01-30

Abstract

Изобретение относитс к вычислительной технике и может быть использовано дл построени усилительных и выходных каскадов измерительных усилителей и цифроаналоговых преобразователей . Целью изобретени вл етс расширение области применени масштабного дифференциального усилител за счет возможности усилени симметричных и несимметричных входных сигналов. Масштабный дифференциальный усилитель содержит первый, второй и третий операционные усилители , основной и дополнительный ис- - точники питающего напр жени , три масштабных резистора, делитель напр жени и трехпозиционный переключатель . Поставленна цель достигнута благодар введению в прототип дополнительного источника питающего напр жени и трехпозиционного переключател , а также благодар новым св з м между составными элементами масштабного дифференциального усилител . 3 ил. с S (ЛThe invention relates to computing and can be used to build amplification and output stages of measuring amplifiers and digital-to-analog converters. The aim of the invention is to expand the scope of application of a large-scale differential amplifier due to the possibility of amplifying symmetrical and asymmetrical input signals. The scaled differential amplifier contains the first, second, and third operational amplifiers, the primary and secondary sources of supply voltage, three large-scale resistors, a voltage divider, and a three-position switch. The goal was achieved by introducing into the prototype an additional power supply source and a three-position switch, as well as new connections between the constituent elements of a large-scale differential amplifier. 3 il. with S (L

Description

112112

Изобретение относитс к вычислительной и электроизмерительной технике и может быть использовано дл построени усилительных и выходных каскадов измерительных усилителей и пифроаналогрвых преобразователей .The invention relates to computing and electrical measuring technology and can be used to build amplifying and output stages of measuring amplifiers and python-analog converters.

Цель изобретени - расширение области применени масштабного дифференциального усилител за счет возможности усилени симметричньк и несимметричных входных сигналов.The purpose of the invention is to expand the scope of application of a large-scale differential amplifier due to the possibility of enhancing symmetrical and unbalanced input signals.

На фиг. 1 приведена схема масштабного дифференциального усилител ; на фиг. 2 - взможные схемы подключени источников входного сигнала; на фиг. 3 - возможные схемы подключени нагрузки.FIG. 1 shows a diagram of a large-scale differential amplifier; in fig. 2 - possible connection diagrams of input sources; in fig. 3 - possible load connection schemes.

Масштабный дифференциальный усилитель (фиг. 1) содержит первый,ВТО- рой и третий операционные усилители (ОУ) 1 - 3, источник 4 питающего напр жени , первый и второй масштабные резисторы 5 и 6, третий масштабный резистор 7, делитель 8 напр жени , информационные входы 9-11, выходы 12 - 14, дополнительный источник 15 питающего напр жени и трехпозицион- ный переключатель 16, соединенные по приведенной схеме.The scaled differential amplifier (Fig. 1) contains the first, the second and the third operational amplifiers (OA) 1 - 3, the source 4 of the supply voltage, the first and second scale resistors 5 and 6, the third scale resistor 7, the voltage divider 8 information inputs 9–11, outputs 12–14, an additional source 15 of the supply voltage, and a three-position switch 16, connected according to the diagram.

Масштабный дифференциальный усилитель работает следующим образом.Large-scale differential amplifier works as follows.

На входы усилител подаетс напржение и . от дифференциального источника 17 сигналов (фиг. 2а), а переключатель 16 (фиг. 1) находитс в среднем положении. С выходов операционных усилителей 1 и 2 сигнал.The inputs of the amplifier are energized and. from the differential signal source 17 (Fig. 2a), and the switch 16 (Fig. 1) is in the middle position. From the outputs of the operational amplifiers 1 and 2 signal.

равный К.if, где К 1 +equal to K.if, where K 1 +

RL + Rг RL + Rg

К TO

коэффициент усилени дифференциального усилител , поступает на крайние вьшоды делител 8 напр жени , при этом в средней точке делител 8 по вл етс потенциал, завис щий от соотношени сопротивлений в его плечах . Если этот потенциал отличен от нул -, то к входу ОУ 3 оказьшает- с приложено дифференциальное относительно общей шины входных цепей напр жение, которое повтор етс на выходе ОУ 3 и вызывает смещение напр жени источника 4 питающего напр жени относительно общей шины входных цепей (вход 11). В результате этого происходит перераспределение входного дифференциального напр жени , приложенного к ОУ 1 и ОУ 2, иthe gain of the differential amplifier goes to the extreme outputs of the voltage divider 8, while at the midpoint of the divider 8 there appears a potential depending on the ratio of the resistances in its arms. If this potential is different from zero -, then a differential across a common bus input voltage is applied to the input of the OU 3, which is repeated at the output of the OU 3 and causes a voltage offset of the source 4 of the supply voltage relative to the common bus of the input circuits (input eleven). As a result, a redistribution of the input differential voltage applied to OU 1 and OU 2, and

5five

как следствие этого - измен тс потенциалы выходов этих Операционньк усилителей относительно общей шины выходных цепей (выход 13). Перераспределение входного дифференциального напр жени и смещение напр жени питани ОУ 1 и ОУ 2 длитс до тех пор, пока потенциал и среднего вывода делител 8 напр жени не Становитс равным потенциалу на входе 11 и схема не оказываетс в положении равновеси . Отношение установившихс на выходе усилител напр жений равно отношению сопротивлений резисторов в плечах делител 8 напр жени . Если сопротивлени резисторов в плечах делител В равны и их отношение равно единице, то на выходах 12 и 14 относительно выхода 13 устанавли- .ваетс симметричное напр жение.as a consequence, the potentials of the outputs of these operating amplifiers vary relative to the common bus of the output circuits (output 13). The redistribution of the input differential voltage and the supply voltage offset of the OS 1 and OS 2 lasts until the potential and the average output of the voltage divider 8 become equal to the potential at the input 11 and the circuit is in the equilibrium position. The ratio of the voltages established at the output of the amplifier is equal to the ratio of the resistances of the resistors in the shoulders of the voltage divider 8. If the resistances of the resistors in the shoulders of the divider B are equal and their ratio is one, then at the outputs 12 and 14 relative to the output 13 a symmetric voltage is set.

Когда на входе масштабного усили- тел действует источник 17, а переключатель 16 находитс в среднем,положении , нагрузка 18 может быть под0When the source 17 acts at the input of the scale amplifier, and the switch 16 is in the middle position, the load 18 may be under

ключена к схеме, представленной на фиг. За, и б, т.е. это или одна дифференциально включенна , не св занна с общим выходом 13 нагрузка 18 или две нагрузки 18, включенные диф- ференциально относительно общего вы- хода 13 (фиг. 36).Included with the circuit shown in FIG. For, and b, i.e. this or one differential is switched on, the load 18 is not associated with the general output 13, or two loads 18 are connected differentially with respect to the general output 13 (Fig. 36).

Если переключатель 16 находитс в верхнем положении, то на выходе . ОУ 3 (выход 13) по вл етс потенциал, 5 равный выходному потенциалу ОУ 1 (выход 12). В этом случае на выходе усилител происходит смещение напр жений , и в соответствии с указанным процессом после установлени равновеси все выходное напр жение оказываетс приложенным к выходу 14 относительно выхода 13. Таким образом на выходе усилител Получаетс несимметричное относительно выхода 13 напр жение .If switch 16 is in the upper position, then it is output. An op-amp 3 (output 13) appears potential 5 equal to the output potential op-amp 1 (output 12). In this case, the voltage is displaced at the amplifier output, and in accordance with this process, after equilibration has been established, the entire output voltage is applied to output 14 relative to output 13. Thus, the output voltage of the amplifier 13 is asymmetrical relative to output 13.

Аналогичным образом усилитель работает и при нижнем положении переключател 16. Отличие заключаетс в том, что потенциалы на выходах 13 50 и 14 станов тс равными и все выходное напр жение оказываетс приложенным к выходу 12. Подключение нагрузки 18 дл двух последних режимов работы схемы может быть осуществлено, 55 как это показ.но на фиг. Зг,в.Similarly, the amplifier also operates at the lower position of the switch 16. The difference is that the potentials at the outputs 13 50 and 14 become equal and the entire output voltage is applied to the output 12. The load 18 can be connected for the last two modes of operation of the circuit , 55 as it is shown. But in FIG. Zg, c.

При любом положении переключател 16 разность потенциалов между выхр- дами 12 и 14 остаетс неизменной.Та45In any position of the switch 16, the potential difference between the outputs 12 and 14 remains unchanged. Ta45

.- .-

312312

КИМ образом, если на входе усилител действует дифференциальный сигнал от источника 17, не св занного с общим входом 11, на выходе усилител можно получить: дифференциальный сиг нал, не св занный с общим выходом 13 два дифференциальньк относительно выхода 13 сигнала, относ щихс друг к другу с заданньм коэффициентом, несимметричный сигнал относительно то- го же общего выхода 13.By simulating, if a differential signal from source 17 unrelated to common input 11 is acting on the amplifier input, the output of the amplifier can be: a differential signal not associated with common output 13 two differential signals with respect to output 13 of the signal related to each other to a friend with a given coefficient, an unbalanced signal with respect to the same common output 13.

Такие же напр жени на выходе усилител можно получить если на его входы действуют два дифференциально включенные относительно общего входа 11 источника 19 и 20 сигналов (фиг.26 Значени напр жений на вйходе усилител , как и в предыдущем случае, завис т только от отнощени сопротивлений резисторов в плечах делител 8 а апр жвни и от положени переключател 16. Подключение нагрузки 18 в последнем случае осзта;ествл етс так же, как и в предыдущем. Как частный случай последнего варианта подключе ни входных сигналов рассматриваетс схема, представленна на фиг. 8 в,г, где один из источников 19 или 20 дифференциальных входных сигналов отсутствует. Характер получаемых на выходе усилител напр жений целиком зависит от положени переключател 16. Если на вход 10 действует сигнал от источника 20 (фиг. 2г), а другой вход 9 соединен с входом 11, то в среднем положении переключател 16 на выходе действуют напр жени противоположного знака относительно выхода 13, относ щиес друг к другу, как относ тс сопротивлени резйсто- ров в плечах делител 8 напр жени .Если , переключатель 16 находитс в верхнем положении, то усилитель работает как неинвертирующий усилитель с коэффициентом К, и на выходе получаетс . несимметричное напр жение. Если переключатель 16 находитс в нижнем положении, то усилитель работает как инвертирующий усилитель с тем же коэффициентом усилени .The same voltage at the output of the amplifier can be obtained if its inputs are acted upon by two differentially connected relative to common input 11 of signal source 19 and 20 (Fig. 26) The voltage values at the input of the amplifier, as in the previous case, depend only on the resistance ratio of the resistors in the shoulders of the divider 8 apr apr and from the position of the switch 16. Connecting the load 18 in the latter case is considered the same as in the previous one. As a special case of the latter variant of connecting the input signals is considered a circuit Fig. 8 c, d, where one of the sources 19 or 20 of the differential input signals is absent.The character of the voltage output received at the output depends entirely on the position of the switch 16. If the signal from source 20 acts on input 10 (Fig. 2d), and the other input 9 is connected to the input 11, then in the middle position of the switch 16 at the output there are voltages of opposite sign relative to output 13, related to each other, as are the resistances of resistors in the shoulders of voltage divider 8. If the switch 16 is in the top I eat position, then the amplifier operates as a non-inverting amplifier with a coefficient K, and the output is obtained. asymmetrical voltage. If switch 16 is in the lower position, the amplifier acts as an inverting amplifier with the same gain.

Аналогично указанному усилитель работает если источник 19 входных сигналов подключен к входу, а вход 10 соединен с входом 11 (фиг. 2,в). Отличие заключаетс в том, что в верхнем положении переключател 16 усилитель работает как инвертирующий, а в нижнем положении - как инвертирующий .Similarly, the amplifier works if the source 19 of the input signals is connected to the input, and the input 10 is connected to the input 11 (Fig. 2, c). The difference lies in the fact that in the upper position of the switch 16, the amplifier works as an inverting, and in the lower position - as an inverting.

2525

28712871

г--5 3; ы- О g - 5 3; y- o

а 5 6) е20 30 35 40 45 50a 5 6) e20 30 35 40 45 50

55 , 904 .55, 904.

Таким образом, в рассмотренных случа х возможных подключений источников 19 и 20 входных сигналов (фиг. 2, в,г) усилитель позвол ет от одного недифференциального источника 19 или 20, св занного с входом 11, получить или дифференциальный относительно выхода 13 сигнал, или несимметричный противоположного входному сигналу знака, или несимметричный того же знака, что и входной сигналы.Thus, in the considered cases of possible connections of sources 19 and 20 of the input signals (Fig. 2, c, d), the amplifier allows to receive either a differential signal with respect to output 13 from a single non-differential source 19 or 20 connected to input 11, or asymmetrical opposite to the input signal, or asymmetrical with the same sign as the input signal.

Нагрузка в последних двух случа х подключаетс так же,как и в первых двух вариантах.The load in the last two cases is connected in the same way as in the first two variants.

Таким образом, предлагаемый усилитель позвол ет из двух входных дифференциальных сигналов получить два выходных дифференциальных сигнала , относ щихс одно к другому с заданным коэффициентом; один дифференциальный выходной сигнал; недифференциальный выходной сигнал. Кроме того, усилитель позвол ет из дифференциального входного сигнала получить: два выходных дифференциальных напр жени , относ щихс одно к другому с заданным коэффициентом; один дифференциальный выходной сигнал; недифференциальный выходной сигнал. Предлагаемый усилитель позвол ет из одного недифференциального входного сигнала получить: выходной сигнал того же знака, что и входной (неинве - тирующий усилитель); выходной сигнал противоположного входному сигналу знака (инвертирующий усилитель). Thus, the proposed amplifier allows two output differential signals to receive two output differential signals that are related to one another with a predetermined coefficient; one differential output signal; non-differential output. In addition, an amplifier allows to obtain from a differential input signal: two output differential voltages, each relating to one another with a predetermined coefficient; one differential output signal; non-differential output. The proposed amplifier allows to obtain from one non-differential input signal: an output signal of the same sign as the input (non-inverting amplifier); output signal opposite to the input signal (inverting amplifier).

Claims

Invention Formula

A large-scale differential amplifier containing the first, second and third operational amplifiers, the power supply source, two extreme terminals of which are connected to the corresponding power terminals of the first and second operational amplifiers, the first and second large-scale resistors connected between the outputs and the inverting inputs of the first and second operational ones amplifiers, the third large-scale resistor and voltage divider, the first extreme output of which is connected to the output of the second operating amplifier, The reference inputs of the first and second operational amplifiers are the first and second information inputs of May512, respectively.

and the output of the third opamp amplifier is one of its outputs, characterized in that, in order to expand the field of application of the NIN due to the possibility of amplifying symmetrical and asymmetrical input signals, it contains an additional source of supply voltage and a three-way switch , the output of which is connected to the non-inverting input of the third operational amplifier, and three information inputs are connected respectively to the output of the second operational amplifier, to the middle one and the second extreme terminal voltage divider, the outputs of the first and second operating

90 6

Amplifiers are two other outputs of a large-scale differential amplifier, the middle output of a power supply source is connected to the output and an inverting input of a third operational amplifier, the power supply terminals of which are connected to the extreme terminals of an additional power supply source, the middle output of which is a large power supply. differential amplifier, the third large-scale resistor is connected between the inverting inputs of the first and second operational amplifiers, the output of the first first opamp is connected to the second extreme output of the voltage divider.

but

ten

Phie.g

v

ten

-

fZ

-

12

1c

-

n

/ (

itfiJ