Спосіб формування коефіцієнта підсилення та пристрій для його здійснення

1. Спосіб формування коефіцієнта підсилення, який полягає у тому, що із вхідної напруги та сигналу зворотного зв'язку формують диференційну напругу, яку підсилюють з коефіцієнтом K ПП у каналі прямої передачі, отримують вихідну напругу, яку перетворюють з коефіцієнтом K ЗЗ у сигнал зворотного зв'язку, який відрізняється тим, що додатково вводять ознаку інверсії у канал зворотного зв'язку, створюють позитивну дію у фазі або негативну дію у протифазі на вихідний сигнал зворотного зв'язку, який безпосередньо додають до C2 2 (19) 1 3 Хилл У. Искусство схемотехники: в 2-х томах. Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 598с., ил.]. Недоліками цього способу є: визначальна, але не досяжна умова KПП , що спричиняє похибку перетворення; схильність до самозбудження, оскільки існує суттєве підсилення у каналі прямої передачі; вплив синфазних сигналів для більшості випадків використання. Технічною задачею винаходу є підвищення точності перетворення, виключення умов для самозбудження та впливу синфазної напруги. Ця задача вирішується тим, що у спосіб формування коефіцієнта підсилення, який заключається у тому, що зі вхідної напруги та сигналу зворотного зв'язку формують диференційну напругу, яку підсилюють з коефіцієнтом K ПП у каналі прямої передачі, отримують вихідну напругу, яку перетворюють з коефіцієнтом K ЗЗ у сигнал зворотного звя'зку, згідно винаходу, додатково вводять признак інверсії у канал зворотного зв'язку, створюють позитивну взаємодію у фазі, чи негативну дію у протифазі на вихідний сигнал зворотного зв'язку, який безпосередньо додають до вхідної напруги і, таким чином, реалізують згадану диференційну напругу. Для реалізації способу формування коефіцієнта підсилення необхідний пристрій - підсилювач напруги. Відомі підсилювачі напруги, побудовані за відомими способами у вигляді каналу прямої передачі на ОП та каналу зворотного зв'язку на пасивних елементах складають схемотехнічну основу і існуючі можливості електроніки [Алексеенко А. Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов / Под ред. И. П. Степаненко. М: Радио и связь, 1982. - 416с., ил.]. Недоліками таких пристроїв є суттєва похибка перетворення за рахунок обмеженого значення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, який принципово має бути нескінченно великим, але не є таким. Крім цього похибка зростає у квадратичній залежності від установленого коефіцієнта підсилення. Найбільш доцільним і близьким за технічною суттю рішенням є пристрій підсилення напруги [Алексеенко А. Г., Шагурин И. И. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов / Под ред. И. П. Степаненко. - М.: Радио и связь, 1982. - 416с., ил., с.322-341, глава 10], який включає неінвертуючу схему перетворення на операційному підсилювачі, інвертуючий вхід якого через перший резистор R1 є заземленим, а через другий резистор R2 зворотного зв'язку підключений до виходу операційного підсилювача. Недоліки відомої неінвертуючої схеми, як прототипу, заключаються у тому, що при використанні способу формування коефіцієнта підсилення максимально досяжний власний коефіцієнт підсилення активної схеми обмежується на заданому рівні схемою зворотного зв'язку, похибка перетворення залежить від не ідеальності активної схеми у колі прямої передачі. Існує вплив синфазної складової, 93015 4 присутнє нелінійне управління коефіцієнтом підсиR2 лення вигляду K U 1 . R1 Технічною задачею винаходу є підвищення точності перетворення, активне подавлення вхідної синфазної складової, лінійне управління коефіцієнтом перетворення при наявності заземленого регулюючого елемента. Вказана задача вирішується таким чином. Підсилювач напруги, який включає неінвертуючу схему перетворення на операційному підсилювачі, інвертуючий вхід якого через перший резистор R1 є заземленим, а через другий резистор R2 зворотного зв'язку підключений до виходу операційного підсилювача, згідно винаходу, додатково введена схема повторювача напруги на другому операційному підсилювачі, інвертуючий вхід якого зв'язаний з його виходом, що є виходом підсилювача R1 напруги з коефіцієнтом підсилення K U , R2 який з'єднаний з неінвертуючим входом існуючого операційного підсилювача, при цьому джерело вхідної напруги включене між неінвертуючим входом повторювача напруги та виходом існуючого операційного підсилювача. Іншою особливістю виконання підсилювача напруги є те, що загальний коефіцієнт підсилення з інверсією визначається опором заземленого резистора R1 та складає чисельну рівність KU R1 за умови фіксації значення опору резистора R2 зворотного зв'язку у схемі неінвертуючого перетворення, а повторювач напруги виконаний у вигляді провідника. На Фіг.1 представлена функціональна схема способу-прототипу формування коефіцієнта підсилення. На Фіг.2 наведена функціональна схема запропонованого способу формування коефіцієнта підсилення. На Фіг.3 зображена принципова схема підсилювача напруги. Роботу запропонованого способу формування коефіцієнта підсилення можна описати у порівнянні з описом способа-прототипа аналітичним моделюванням наступним чином. Для відомого способу-прототипу (Фіг.1) характерно: (1) Uвих Коп U де K оп - власний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача; U - диференційна напруга з урахуванням дії позитивного/негативного (+/-) зворотного зв'язку. Формування диференційної напруги здійснюється наступним чином: (2) U Uвх UЗЗ Uвх K ЗЗ Uвих Очевидно, К оп Uвх К оп Uвх Uвих К опК ЗЗ Uвих ; Uвих 1  К опК ЗЗ тоді коефіцієнт підсилення К U становить: , 5 93015 Kоп (3) 1  КопКЗЗ Диференційна напруга заявленого способу формування коефіцієнта підсилення (Фіг.2) за рахунок переносу признака інверсії К ЗЗ у канал зворотного зв'язку має відмінність у реалізації порівняно зі (2), а саме: (4) U Uвх UЗЗ Uвх K ЗЗ Uвих Вирази (1)-(4) переконують у тотожності кінцевих результатів. Це вказує на достовірність запропонованого способу з функціональної точки зору. Інша відмінність стосується дії синфазної складової Uсф , яка у відомому способі (Фіг.1) фоКU рмується несиметрично за рахунок шунтування нижнього у малюнку джерела впливу. У способі (Фіг.2) згідно винаходу, синфазна напруга компенсується зустрічним включенням джерел Uсф відносно вхідних виводів, причому канал зворотного зв'язку активно формує опорний потенціал для джерела вхідної напруги. Підсилювач напруги для реалізації способу формування коефіцієнта підсилення (за Фіг.3) включає операційний підсилювач 1 (ОП1), інвертуючий вхід 2 якого через перший резистор (R1) 3 підключений до шини 4 опорного потенціалу, а через другий резистор (R2) - 5 з'єднаний з виходом 6 операційного підсилювача 1. Операційний підсилювач ОП2 - 7 включений повторювачем напруги, для якого інвертуючий вхід 8 зв'язано безпосередньо з його виходом 9. Останній є виходом 10 пристрою з напругою Uвви , з'єднаний з неінвертуючим входом 11 операційного підсилювача ОП1-1. Джерело 12 вхідної напруги Uвв , включене між виходом 6 ОП1-1 та входом 13 ОП2-7. Робота заявленого пристрою може бути описана відповідно до наведених виразів (1)-(4) зі застосуванням теорії функціонування систем перетворення. KПП Відома залежність (3) КU зі 1  КПП КЗЗ співвідношенням знаків: (-) для позитивного; (+) для негативного зворотного зв'язку у випадку: КПП 1 та позитивного зворотного зв'язку: K ЗЗ 1 R2 має вигляд К U R1 1 R2 1 1 R1 R1 . R2 6 Очевидно для значень R2=1(0м,...кОм), резистор R1 (Ом,...кОм) чисельно визначає коефіцієнт підсилення схеми з інверсією, тобто K U R1 , а повторити сигнал без використання ОП можна звичайним провідником. Таким чином, для заявленого винаходу у частині способу формування коефіцієнта підсилення характерне: 1. Виконання заявленого зворотного зв'язку виключає необхідність існування схеми формування диференційного сигналу вхідними колами операційного підсилювача, тому КПП здійснює не обов'язково ОП, а умова К ПП не є визначальною. На практиці доцільно застосувати КПП 1 . 2. Коефіцієнт зворотного зв'язку К ЗЗ 1 , тому точність перетворення підвищується у К 2 раз у U порівнянні з аналогічною у прототипі. 3. У заявленій системі підсилення відсутні умови для збудження на відміну від існуючого способу формування коефіцієнта підсилення, схильного до самозбудження, оскільки він передбачає суттєве підсилення у каналі прямої передачі, та наступну післядію обмеження каналом зворотного зв'язку. 4. У запропонованому способі дія синфазної складової на вході виключається повністю, як за рахунок пасивної компенсації напруг впливу, так і за рахунок активного каналу зворотного зв'язку. У частині підсилювача напруги для реалізації способу формування коефіцієнта підсилення досягнуті: - лінійний коефіцієнт підсилення, регульований заземленим елементом; - мінімальна похибка перетворення, оскільки кожен елемент схеми має власний коефіцієнт підсилення не більше одиниці; - відсутність передумов появи збудження у динамічному режимі, оскільки вектор зміни напруги у замкнутій системі підсилення виключає великі значення коефіцієнту прямої передачі; - подавлення синфазної складової на вході та колом зворотного зв'язку. Запропоновані рішення розширюють теоретичні положення і практичні можливості схемотехніки та можуть бути застосовані в електронних пристроях та вузлах радіоелектронної апаратури. 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 93015 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