Спосіб формування коефіцієнта підсилення напруги та пристрій для його здійснення

1. Спосіб формування коефіцієнта підсилення напруги, який полягає у тому, що з коефіцієнтом каналу прямої передачі КПП перетворюють вхідний сигнал у каналі прямої передачі та формують вихідну напругу, а коефіцієнтом каналу зворотного зв'язку КЗЗ вводять обмеження у каналі зворотного зв'язку, який відрізняється тим, що додатково до вихідної напруги у фазі або протифазі додають напругу вхідного сигналу, одержану сумарну напругу у каналі зворотного зв'язку перетворюють в сигнал для каналу прямої передачі, при цьому коефіцієнт КU підсилення напруги визначають за виразом K ПП K ЗЗ KU . 1 K ПП K ЗЗ C2 2 (19) 1 3 91798 4 ротного зв'язку формують сигнал для каналу пряопераційного підсилювача, інвертуючий вхід якого мої передачі, з коефіцієнтом KПП перетворюють у з'єднано з його виходом та виходом пристрою. вихідний, яким з коефіцієнтом KЗЗ створюють сигНедоліки відомої схеми, як прототипу, заклюнал зворотного зв'язку та при взаємодії його у фазі чаються у тому, що вирішується тільки одна задачи протифазі зі вхідним сигналом впливають на ча щодо досягнення одиничного коефіцієнта підзагальний коефіцієнт підсилення KU [Хоровиц П., силення. Це обмежує область використання Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х томах. Пер. повторювача напруги. с англ. - Μ.: Мир, 1983. - 598 с., ил.]. Технічною задачею винаходу є розширення Недоліками цього способу є: визначальна, але функціональних можливостей щодо необхідних коефіцієнтів перетворення, підвищення точності не досяжна умова KПП , що спричиняє похибку перетворення і завадостійкості при подавленні перетворення; схильність до самозбудження, осківхідної синфазної складової та лінійному управльки існує суттєве підсилення у каналі прямої пелінні коефіцієнтом перетворення. редачі; синфазні сигнали впливають за рахунок Вказана задача вирішується таким чином. несиметричного підключення джерела вхідного Пристрій підсилення, який включає джерело вхідсигналу. ної напруги, повторювач напруги на операційному Технічною задачею винаходу є підвищення топідсилювачі інвертуючий вхід якого з'єднано з його чності перетворення, виключення умов для самозвиходом та виходом пристрою, який відрізняється будження та впливу синфазної напруги. тим, що згідно винаходу, додатково введені перЦя задача вирішується тим, що для способу ший та другий резистори, які з'єднані послідовно, формування коефіцієнта підсилення напруги, який першим резистором здійснене підключення до заключається у тому, що з коефіцієнтом KПП перезагальної шини, другий резистор через джерело творюють сигнал у каналі прямої передачі, форвхідної напруги зв'язаний з виходом пристрою, а мують вихідну напругу, коефіцієнтом KЗЗ вводять точка з'єднання двох резисторів включена до неінобмеження у каналі зворотного зв'язку, в який згівертуючого входу операційного підсилювача, при дно винаходу, додатково до вихідної напруги у цьому коефіцієнт підсилення пристрою за напруфазі чи протифазі додають напругу вхідного сигналу, одержану сумарну напругу у каналі зворотR1 гою має вираз K U . ного зв'язку перетворюють в сигнал для каналу R2 прямої передачі, при цьому коефіцієнт KU підсиНа Фіг.1 представлена схема функціонування лення напруги визначають за виразом способу-прототипу з формування коефіцієнта підK ПП K ЗЗ силення напруги. . KU 1 K ПП K ЗЗ На Фіг.2 наведена функціональна схема запропонованого способу формування коефіцієнта Особливість застосування запропонованого підсилення напруги. способу формування коефіцієнта підсилення наНа Фіг.3 зображена принципова схема підсипруги визначається варіантом фіксації значення лювача напруги. коефіцієнтів, наприклад KПП=1 або KЗЗ=1. Це сутРоботу запропонованого способу формування тєво спрощує аналітичний вираз для визначення коефіцієнта підсилення напруги можна описати коефіцієнта KU, приводить його до єдиної форми наступним чином. запису, відповідно, до уніфікації каналів прямої Для способу-прототипу (Фіг.1) [Хоровиц П., передачі та зворотного зв'язку. Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х томах. Пер. Для реалізації способу формування коефіцієнс англ. - Μ.: Мир, 1983. - 598 c., ил.] загальновідота підсилення напруги необхідний відповідний мо: пристрій підсилення. Відомі підсилювачі напруги побудовані за відомими способами у вигляді канаK оп K ПП лу прямої передачі на ОП та каналу зворотного KU зв'язку на пасивних елементах. Вони складають 1  K ПП K ЗЗ 1  K оп K ЗЗ схемотехнічну основу та існуючі можливості радіо1 1 (1) електроніки [Зеленин А.Н. Схемотехника радиоэ1  K ЗЗ лектронных устройств на аналоговыхИС. - Харь K ЗЗ K оп ков: Телетех, 2003. - 251 с., ил.]. Недоліками таких пристроїв є суттєва похибка перетворення за рахунок обмеженого значення де KПП - коефіцієнт каналу прямої передачі; власного коефіцієнта підсилення операційного Kon - власний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача, який має бути нескінченно великим, підсилювача; але не є таким. Крім цього похибка зростає у квадKЗЗ - коефіцієнт зворотного зв'язку з урахуванратичній залежності від установленого коефіцієнта ням дії, «-» для позитивного, «+» для негативного підсилення. виду зворотного зв'язку; Найбільш доцільним і близьким за технічним - методична похибка перетворення, рішенням та відповідним до умов та особливостей 1 . способу, що заявляється, є повторювач напруги K оп [Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. МикросхемотехниЗгідно з (1) коефіцієнт підсилення KU функціока: Учебное пособие для вузов / Под ред. И.П. нально залежить від виду та значення коефіцієнта Степаненко. - М.: Радио и связь, 1982. - 416 c., ил., зворотного зв'язку KЗЗ. При цьому послідовність с. 322-341, глава 10], який включає джерело вхідоперацій відомого способу перетворення напруги ної напруги підключене до неінвертуючого входу 5 91798 6 через джерело 8 вхідної напруги Uвх з'єднаний до має не визначені дії стосовно Kon, (Kon ); недовиходу 4 пристрою з напругою Uвих. Точка 9 з'єдцільні пріоритети відносно формування диференнання згаданих резисторів підключена до неінверційної (різністної) напруги, яке повинно здійснюватуючого входу 10 операційного підсилювача 1. При тись диференційною схемою на входах R1 операційного підсилювача. цьому коефіцієнт підсилення складає KU . Для заявленого способу перетворення напруги R2 в схемах на електронних компонентах (Фіг.2) за Робота заявленого пристрою може бути опирахунок зміни порядку виконання операцій, влассана зі застосуванням теорії функціонування сисне, одержання адитивної напруги: U =Uвих±Uвх, тем підсилення. напруги на вході каналу прямої передачі: UПП=KЗЗ·( Напруга UЗЗ на неінвертуючому вході 10 опеUвих±Uвх), та наступного визначення вихідної нараційного підсилювача 1 є адитивною та з урахупруги: Uвих=KПП·UПП=KППKЗЗ·(Uвих±Uвх); Uвих(1ванням подільника напруги на резисторах R1, R2 KППKЗЗ)=±KППKЗЗUвх, маємо: складає: KU K ППK ЗЗ 1 K ППK ЗЗ (2) Очевидно, аналітичний опис способу за виразом (2): - об'єднує інвертуючі схеми та схеми без інверсії; - при фіксації коефіцієнта прямої передачі KПП=1 встановлює залежність коефіцієнта підсиK ЗЗ лення K U через KЗЗ; 1 K ЗЗ - при встановленні коефіцієнта зворотного зв'язку К33-\ визначає формулу коефіцієнта підсилення Ки = ±—ип— через Кпп ; - для любого з вказаних коефіцієнтів вибір значення, рівного одиниці, означає використання повторювача напруги в цьому каналі або безпосереднє з'єднання провідником без похибки передачі сигналу. Тому запропонований спосіб формування коефіцієнта підсилення може передбачати пасивну передачу у каналі прямої передачі та наступну активну дію у каналі зворотного зв'язку, або, навпаки, одиничну передачу у каналі зворотного зв'язку та активну дію у каналі прямої передачі. При цьому за цим способом слід враховувати, що на кожному етапі перетворення коефіцієнти підсилення набувають близьких до одиниці значень, що свідчить про те, що похибки перетворення всієї схеми завжди мінімальні. Пристрій підсилення для реалізації способу перетворення напруги в схемах на електронних компонентах (Фіг.3) включає операційний підсилювач 1 (ОП1), інвертуючий вхід 2 якого безпосередньо підключений до його виходу 3, який є виходом 4 пристрою, уведені перший резистор (R1) - 5 та другий резистор (R2) - 6, з'єднані послідовно так, що перший резистор (R1) - 5 підключено до шини 7 опорного потенціалу, а другий резистор (R2) - 6 U =(Uвих±Uвх); KЗЗ=U ·KЗЗ, K ЗЗ R1 R1 R 2 n , тоді KЗЗ=n·Uвих±n·Uвх. Згідно з основною властивістю операційного підсилювача 1 його вихідна напруга може бути визначена наступним чином: Uвих=Kon·(UЗЗ-Uвих)=Kon·n·Uвих±Kon·n·Uвх-Kon·Uвих. Після перетворень Uвих(1-Kon·n+Kon)=±Kon·n·Uвх визначаємо KU: KU K оп n 1 K оп n K оп n n 1 n 1 n ; KU n 1 K оп n 1 (4) R1 R2 Отже, використання способу в пристрої дозволяє виконувати підсилення з інверсією або без інверсії аналогічними схемами, використовуючи різноманітні електронні компоненти у якості їх елементів. Кожен з вузлів системи підсилення характеризується умовами функціонування з мінімальними похибками та за відсутності самозбудження. Вплив вихідної напруги на вхідну виключений, оскільки передбачається безпосередня сума цих напруг. Управління коефіцієнтом підсилення лінійне, може здійснюватись заземленим елементом. Указані особливості суттєво розширюють схемотехнічні можливості електроніки, а запропоновані рішення розширюють теоретичні положення і практичні можливості схемотехніки та можуть бути застосовані в електронних пристроях та вузлах радіоелектронної апаратури. 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 91798 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601