Диференційний підсилювач сигналів шунтових датчиків струму

1. Диференційний підсилювач сигналів шунтови х датчиків струм у, що є під синфазною напругою відносно загального проводу підсилювача, який містить операційний підсилювач, інвертуючий вхід якого є інвертуючим входом диференційного підсилювача, транзистор, база і колектор якого підключені відповідно до виходу і неінвертуючого входу операційного підсилювача, а емітер є його виходом, що призначений для подальшого підключення, і резистор, один вивід якого підключений до неінвертуючого входу операційного підсилювача, а другий вивід є неінвертуючим входом диференційного підсилювача, який відрізняється тим, що вивід живлення операційного підсилювача U 1 3 30088 вхідного сигналу. Вказаний ланцюг, Proprietary Offset Circuitry, частково виправляє характеристику, але діє вона все ж таки не з нуля, а з 2мВ. Крім того, цей ланцюг спричиняє вказане зменшення вхідного синфазного опору. Приведені дані показані в [1], на с.3 (Table 1: INPUT ® Input Impedance ® Common Mode) та на с.11 (Figure 24). Вказані сторінки з [1] додаються до заявки як додаткові матеріали. Другий аналог описаний в: [2] Low Cost, Voltage Output, High-Side, Current-Sense Amplifier: AD M4073. Data Sheet, Rev. 0, 2006 (www.analog.com). Другим аналогом є мікросхема ADM4073 тієї ж фірми Analog Devices, Inc. На виході мікросхеми міститься струмове дзеркало, що є вихідним підсилювачем ДП. Дзеркало є неінвертуючим і підключене своїм загальним виводом до загального виводу мікросхеми. Недоліки другого аналога не відзначаються, бо він приведений як приклад використання струмового дзеркала для залежних пунктів формули корисної моделі. Однак відзначимо, все ж таки, що його включення не є таким, яке потребує корисна модель (до загального виводу ДП), і це можна вважати за недолік з точки зору корисної моделі. Автором поставлено задачу: створення диференційного підсилювача, подібного до першого аналога, але такого, що б не мав вказаних обох його недоліків. Згідно зі сказаним прототипом корисної моделі обрано перший аналог. Для реалізації поставленої задачі автором пропонується: 1. Диференційний підсилювач сигналів шунтови х датчиків струм у, що є під синфазною напругою відносно загального проводу підсилювача, який містить операційний підсилювач, інвертуючий вхід якого є інвертуючим входом диференційного підсилювача, транзистор, база і колектор якого підключені відповідно до виходу і неінвертуючого входу операційного підсилювача, а емітер є його виходом, що призначений для подальшого підключення, і резистор, один вивід якого підключений до неінвертуючого входу операційного підсилювача, а другий вивід є неінвертуючим входом диференційного підсилювача, який відрізняється тим, що вивід живлення операційного підсилювача відносно загального проводу є зі знаком напруги, протилежним до знаку синфазної напруги на вході. 2. Диференційний підсилювач за п.1, який відрізняється тим, що транзистор є типу npn, а знак напруги живлення є негативним. 3. Диференційний підсилювач за п.1, який відрізняється тим, що транзистор є типу pnp, а знак напруги живлення є позитивним. 4. Диференційний підсилювач за п.2, який відрізняється тим, що додатково введено струмове дзеркало типу npn, вхід якого підключений до емітера транзистора, загальний вивід - до виводу живлення операційного підсилювача, а вихід є виходом диференційного підсилювача. 5. Диференційний підсилювач за п.3, який 4 відрізняється тим, що додатково введено струмове дзеркало типу pnp, вхід якого підключений до емітера транзистора, загальний вивід - до виводу живлення операційного підсилювача, а вихід є виходом диференційного підсилювача. Залежні пункти 2 та 3 уточнюють п.1, а залежні пункти 4 та 5 доповнюють пункти 2 та 3 (відповідно). Опис відмінностей корисної моделі. Операційний підсилювач (ОП) має два виводи для підключення живлення позитивний та негативний. Зазвичай негативний вивід підключається до загального виводу ("землі"). Тому напруга на виході ОП є позитивною. В корисній моделі, за п.п.1 та 2, коли синфазна напруга є позитивною, до загального проводу підключений не негативний, а позитивний вивід живлення ОП. При цьому ОП є підключеним до джерела живлення з негативною напругою. За результатом, це знижує напругу на ви ході ОП, яка при цьому є негативною. Вказане включення забезпечую те, що падіння напруги на транзисторі не заважає роботі підсилювача, коли синфазна напруга на вході мала і, навіть, дорівнює нулю і може бути позитивною (близькою до нуля). Сказане виявляється особливо тоді, коли вхідний сигнал малий, теж близький до нуля. За результатом, амплітудна характеристика ДП є лінійною, починаючи від нуля. В зв'язку зі сказаним, ОП не потребує додаткового зміщення, тобто того ланцюга, який є в аналогу і який знижував його синфазний вхідний опір. Тому вхідний опір корисної моделі не зменшується при малих значеннях синфазної напруги. Вказане стосується корисної моделі за п.п.1 та 2. Для корисної моделі за п.п.1 та 3 рішення аналогічне, але стосується того випадку, коли вхідна синфазна напруга є негативною. Тоді ОП своїм негативним виводом живлення підключене до загального проводу, позитивний вивід живлення підключений до джерела живлення з позитивною напругою. При цьому вихідний сигнал ОП теж є позитивним, протилежним за знаком до синфазної напруги. Відповідно до сказаного вище, він також має лінійну амплітудну характеристику від нуля, але до негативних значень сигналу. Тобто корисна модель за п.2 має характеристику від нуля до позитивних значень (з деяким запасом негативних значень), а за п.3 - від нуля до негативних значень (з деяким запасом позитивних значень). В зв'язку з вказаним підключенням ОП до джерела живлення, відповідно підключені й струмові дзеркала. Загальній вивід дзеркала за п.4, що є типу npn, підключений не до загального, а до негативного виводу живлення, а дзеркала за п.5, що є типу pnp, - до позитивного (у аналогу - до загального проводу). Крім того, дзеркало в корисній моделі може бути однокаскадним, навантаження якого (наприклад, резистор) підключене до загального проводу. Перелік фігур: Фіг.1, що відповідає п.п.1, 2 та 4 й описана 5 30088 нижче. Фіг.2, що відповідає п.п.1, 3 та 5 й теж описана нижче. Запропонований ДП (за п.п.1, 2 та 3), як і його прототип, містить ОП та транзистор, база якого підключена до виходу ОП, колектор - до неінвертуючого входу ОП, а емітер є ви ходом транзистора (Фіг.1 та 2). Через колектор, що інвертує, здійснюється негативний зворотний зв'язок. За п.п.4 та 5 ДП доповнений струмовим дзеркалом. Вхід ДП підключено до шунта, через який протікає струм від зовнішнього джерела. На шунті виникає напруга, що є вхідним сигналом, пропорційним струму. Цей сигнал напруги ДП повинен підсилювати. Крім вказаного струму, на вході ДП є синфазна напруга, причиною якого є зовнішній ланцюг, до якого включений шунт. Для того щоб амплітудна характеристика ДП починалася від нуля (навіть, ще до нуля), в заявленому ДП зроблено так, що ОП знаходиться під напругою, знак якої (полярність) є протилежною до знаку синфазної напруги на вході ДП. Для цього в ДП з позитивною синфазною напругою джерело живлення для ОП є негативним (Фіг.1), а в ДП з негативною синфазною напругою воно для ОП є позитивним (Фіг.2). При цьому транзистор працює в своєму "стандартному" режимі за напругою. Щодо вхідного синфазного опору. Він є високим, бо в запропонованому ДП відсутній ланцюг Proprietary Offset Circuitry, який в прототипі знижує його. Для запропонованого ДП цей ланцюг не потрібний. На виході включено струмове дзеркало, подібно до включення дзеркала в другому аналогу. Воно, по-перше, спрямовую вихідний струм у напрямку до н ульового проводу. По-друге, може бути використане для підсилювання вихідного струму. Від дзеркала в другому аналогу воно відрізняється тим, що може бути однокаскадним. Інша відміна полягає в тому, що загальний вивід дзеркала підключено до джерела напруги живлення ОП. Останнє забезпечує роботу дзеркала у складі запропонованого ДП. Основним є протилежність напруги живлення ОП до синфазної напруги на вході. Це забезпечує лінійність амплітудної характеристики від нуля й великий вхідний синфазний опір ДП (без ланцюга зміщення, який не потрібний). Щодо струмового дзеркала, то воно забезпечує необхідний вихідний струм (за напрямком та підсиленням). Якщо на виході включити резистор, що показаний штри ховою лінією на Фіг.1 та 2, на виході ДП буде напруга за величиною, показаною на фігурах. Можливість здійснення корисної моделі підтверджується, по-перше, приведеним аналізом та, по-друге, тим, що її реалізація не потребую якійсь нових складових частин. Операційний підсилювач теж може бути таким, як і в прототипі. До матеріалів заявки додаються довідкові матеріали у складі: [1], с.1, 3,11; [2], с.1. 6