Устройство для подавления флуктуаций в широкополосных измерительных усилителях
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ФЛУКТУАЦИИ В ШРОКОПОЛОСНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ, содержащее источник сигнала, соединенный с основным инвертирующим усилителем, N вспомогательных инвертирующих усилителей ,, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора , и N делителей сигнала, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем шеньшения дрей{)а нуля и низкочастотных флуктуации, в него введены дополнительный делитель сигнала N элементов гальванической развязки , N трансформаторов, дополнительный усилитель и вычитатель, при этом выход основного инвертирующего усилителя подключен через дополнительный делитель сигнала к входам N вспомогательных инвертирующих усилителей, выход каждого из которых через соответствующие последовательно соединенные де::итель сигнала , элемент гальванической развяэки и первичную обмотку трансформатора подключен к выходу источника сигнала, вторичные обмотки всех трансформаторов включены последова в тельно, оставшиеся выводы вторичных обмоток 1-го и N-ro трансформаторов соединены соответственно с общей виной и через дополнительный усилитель - с вторым входом вычитателя, первый вход которого подключен к выходу сумматора.
СОЮЗ СОЕЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
О9) 01) 11ОСУДМСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССЕ
00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРфГИИ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ARTOPCNOMlf C RV (21) 3355874/18-09 (22) 10. 11.81 (46) 07.06.85. Swr. У 21 (72) Е.Я. Иандригель .. (53) 621. 375.127 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 703893, кл. Н 03 Р 3/34, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ
ФЛУКТУАЦИЙ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗИЕРИТЕЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ, содершащее источник сигнала, соединенный с основным инвертирующнм усилителем, М вспомогательных ннвертирующих усилителей,, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, и К делителей сигнала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем уменьшения дрейфа нуля и .низкочастотных флуктуаций, в него введены дополнительный делитель сигнала, 4(5l) Н 03 F 34 Н. 04 В 0
М элементов гальванической развязки, Н трансформаторов, дополнительный усилитель и вычитатель, при этом выход основного инвертирующего усилителя подключен через дополнительный делитель сигнала к входам
Я вспомогательных инвертирующих усилителей, выход калщого из которых через соответствующие последовательно соединенные делитель cursana, элемент гальванической развязки и первичную обмотку трансформатора подключен к выходу источника сигнала, вторичные обмотки всех трансформаторов вкпючены последовательно, оставшиеся выводы вторичных обмоток 1-ro u N-ro трансформаторов соединены соответственно с общей шиной и через дополнительный усилитель " .с вторым входом:вычитателя, первый вход которого подключен к выходу сумматора.
1160527
Изобретение относится к радиотех. нике и может быть использовано в прецизионных средствах йзмерения, контроля и управления для преобразования и усиления слабых электрических сигналов s широком диапазоне частот.
Известно устройство для подавления флуктуаций в широкополосных измерительных усилителях, содержа- 16 ,щее источник сигнала, соединенный с основным инвертирующим усилителем, N вспомогательных инвертирующих усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами суммато- 13 ра, и N делителей сигнала Щ .
Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, обусловленная дрейфом нуля инизкочастотными флуктуациями У@или" 20 теля.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем уменьшения дрейфа нуля и низкочастотных .флуктуаций. 25
Цель достигается тем, что в устройство для подавления флуктуаций в широкополосных измерительных усилителях, содержащее источник 30 сигнала, соединенный с основным инвертирующнм усилителеи, В вспомогательных инвертирующих усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, и N делителей сигнала, введены дополнительный делитель, сигнала, М элементов гальванической развязки, Й трансформаторов, дополнительный усилитель и вычитатель, при этом выход основ- @ ного инвертирующего усилителя подключен через дополнительный делитель сигнала к входам N вспомогательных инвертирующих усилителей, выход каждого из которых через соответствующие последовательно соединенные делитель сигнала, элемент гальванической развязки и первичную. обмотку. трансформатора подключен к выходу, источника сигнала, вторичные обмот- у© ки всех трансформаторов включены последовательно, оставшиеся выводы вторичных обмоток 1-го и N-го трансформаторов соеДинены соответст.венно с общей шиной и через дополнительный усилитель — с вторым входом вычнтателя, первый вход которого подключен к выходу сумматора.
На чертеже приведена структурная. схема устройства для подавления флуктуаций в широкополосных измерительных усилителях.
Устройство содержит основной инвертирующнй усилитель 1 и группу из N 4 вспомогательных инвертирующнх усилителей 2-5, источник 6 сигнала, подключенный к входу основно"
ro инвертирующего усилителя 1, выход K0T0p0po через дополнительный делитель .7 сигнала (резистивный де-. литель или трансформатор отношения) подключен к входам вспомогательных инвертирующнх усилителей 2-5. К выходу каждого вспомогательного инвертирующего усилителя подключены соответственно делители 8-11 сигнала (реэистивные делители или траисфор" маторы отношения), Между выходом делителя 8 (9-11) сигнала через разделительный конденсатор 12 (13-15) и выходом источника 6 сигнала включена первичная обмотка трансформатора 16 (17-19). Вторичные обмотки трансформаторов 1б-19 между собой соединены последовательно и согласно по фазе, при этом оставшиеся выводы 1-го и 4-го трансформаторов, а именно выводы 16 и 19, соединены соответственно с общей шиной и с входом дополнительного усилителя
20. Выходы вспомогательных инвертирующнх усилителей 2-5 подключены к входам сумматора, состоящего из нормирующнх резисторов 21-24, под-. соединенных к входу суммирующего усилителя 25 с резистором 27 в цепи обратной связи. Выходы .суммирующего усилителя 25 и дополнительного усилителя 20 подключены к входам вычитателя 26, выход которого является выходом 28 устройства. Кроме того, между выходом дополнительного усилителя 20 и входом вычитателя 26 включен дополнительный разделительный конденсатор 29. Разделительные конденсаторы в схеме устройства являются одним из возможных примеров реализации элементов гальванической развязки.
Устройство работает следующим образом.
Полезный сигнал У„ от источника
6 сигнала поступает на вход основного ннвертирующего усилителя 1, в качестве которого выбирается усилитель (из всей имеющейся группы уси1160527 4
Ъ усилителей (некоррелированные состав7ляющие флуктуаций).
Выходной сигнал каждого из вспомогательных инвертирующих .усилителей 2-5 через соответствующие нормирующие резисторы 21-24 поступает на вход суммирующего усилителя 25.
Величины норыарующих резисторов
R2f, Rgg, В23 и Rg„выбраны, исхо16 дя из условий (п2/Кп осп. магд 27
2р (пэ /Кв 3сл- м чсс) R„() (3)
° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °
1 (Кп5 /Кл оскмакс)
Э
5 где К „ с77 о„ с — максимальное значение коэффициента передачи из
Кл29 КОЗА Knglэ
Kt1520 Выходной сигнал Убыл. 25 суммирую щего усилителя 25 22ри этом опреде ляется выражением
Убий.25 KïÂñff ffîèñ Г4 KÄf Кп . +
+ (4 Kzf K„>ewf + ewe+ ewe + ° ° ° +
25 + е5Ц (4)
Коррелированная составляющая флуктуаций (например, температурного дрейфа) вызывается у всех усилителей одним и тем же источником, например, воздействием пониженных или повыаенных температур, а знак коррелированиой составляющей флуктуаций основного инвертирующего усилителя 1 на выходе вспомогательного инвертирующего усилителя противоположен знаку его коррелированной составляющей флуктуаций.
Сигнал с выхода каждого из вспомогательных инвертирующих усилите4е лей 2-5 преобразуется также до зна.чения, которое ои имел на входе усилителя. Для этого на выходе каждого вспомогательного инвертирующего усилителя включены соответственно.делители 8-11 сигнала,. коэффициенты передачи которых выбраны равньв7н
Кзб 1/Кд К„7Кв2
1/Кя7Кп7КяЗ (5)
° ° ° ° ° ° 1 °
fff7 1/К 07 д7 л5
При этом на соединенных между .собой последовательно и согласно по .фазе вторичных обмотках трансформаторов 16-1 9 выделяется сигнал
У5Ы2,76-19 > равный
3 лительных каскадов) с минимальньв7 значением коррелированной составляющей флуктуаций, например, темпера- . турного дрейфа е «е 2, е з, е ц, е 7 (1) где е 77, е 2, ..., е 5 — значения коррелированной составляющей флуктуации, например, температурного дрейфа основного и группы вспомо гательных инвертирую" щих усилителей.
Выходной сигнал У „1 основного инвертирующего усилителя I ослабляется дополнительным делителем 7 сигнала, коэффициент передачи которого выбран равным
Кпт = e >y«IK„q e f (2) .где е1,ясд, {еУ2 +е З +
+ ...,+е ) 1/4 — среднее значение коррелированной составляющей флуктуаций, например, температурного дрейфа вспомогательных инвертирующих усилителей.
К„- коэффициент передачи основно" го инвертирующего усилителя.
Ослабленный дополнительным делителем 7 сигнала сигнал У@ц, поступает на входы вспомогатеаьных инвертирующих усилителей 2-5, имею щих коэффициенты передачи Кцg, К„g, К„ и Кпь больще десяти.
6tx
Усиление сигнала У > при этом 50 сопровождается внесением помех, обусловленных флуктуациями основного и группы вспомогательных инвертирующих усилителей е 7, е 2, еу5 H e f е,ц2. ° ° °, e 5 rye elf, 55 е„,2, ..., ewe — значениЯ низкочастотных флуктуаций основного и группы вспомогательных инвертирующих
Е е З+-. +е,„5
Y „«76-19=МЕ„,7+ (6)
<п7 < 7
1.1 6052
Сигнал У „1® усиливается, для
ык чего он подается на вход дополни.тельного усилителя, 20, имеющего коэффициент передачи К„ в Кп20 - КпФпФпбсп.макс (7) 3
При этом усиление слабых сигналов У@ g 1g, дополнительно сопровож. дается внесением собственных помех (e 20 и еьоу) усилителя, которые следует учитывать.
Я
Щ
Сигнал на выходе дополнительного усилителя 20 можно представить как QN. О Кп СП 11аКС (4КВЬКПТ
+ 9 g + e $ + ° ° ° + Q $ + K y Kpg ец 20) (8) ФЗ
Далее сигналы с выходов суммирующего и дополнительного усилителей
25 и 20 подаются на входы вычитателя 26, выходной сигнал которого
Ч ьп.20 равен разности дых.25 20 бык. го бын.и Кп бсп. макс (4Кп1 Кп7уп
K 26, а следовательно, и результирующее напряженке на выходе 28 измери= тельного усилителя определяется составляющей полезного сигнала У„ и составляющей собственных шумов дополнительного усилителя 20. Подавление коррелированных составляющих флуктуаций (например, температурного дрейфа) при выделении некоррелнрованных составляющих флуктуации обеспечено элементами гальванической развязки. Предлагаемое устройство позволяет достичь подавления некоррелиро-. ванных составляющих собственных флук— туаций в М раэ (где К равно числу используемых вспомогательных усилительных каскадов), а также повысить степень подавления коррелированных составляющих, например температур.: ного дрейфа усилительных каскадов измерительных усилителей. 1160527 Составитель В. ЕФанов Техред T.Ôàêòà Редактор П. Коссей Филиал ППП "Патент", г..уигород, ул; Проектная, 4 Закаэ 3840/52 Тираи 872 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауисхая наб., д. 4/5 Корректор Е. Снрохман Подписное