ИНВЕРТИРУЮЩИЙ МАСШТАБНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ
INVERTING SCALE AMPLIFIER WITH CONTROLLED DEGREE

Изобретение относится к области электроники предназначено для усиления сигналов разных частот с заданным коэффициентом масштабирования.
Известен инвертирующий масштабный усилитель, содержащий операционный усилитель (ОУ) и делитель из резистора обратной связи и входного резистора, включенных между выходом ОУ и входом устройства, общая точка резисторов соединена с инверсным входом ОУ (см. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1987, с. 42), причем расчетное значение коэффициента масштабирования равно отношению сопротивлений указанных резисторов. В известном устройстве с ростом частоты из-за ограниченных частотных свойств ОУ выходной сигнал все более отличается от расчетного значения на величину погрешности масштабирования, выраженной в виде дополнительной составляющей к основному сигналу.
Известен патент RU 2627123 С1, 2017.08.03 (прототип). Уменьшение частотной погрешности в устройстве-прототипе достигается введением второго ОУ и второго резистивного делителя, аналогичного (с теми же значениями сопротивлений) делителю в известном устройстве. Второй резистивный делитель, общая точка резисторов которого соединена с инверсным входом второго ОУ и через резистор, аналогичный резистору обратной связи, - с выходом второго ОУ, включен между входом устройства и выходом первого ОУ. Неинверсный вход второго ОУ соединен с выходом первого ОУ через резистор, аналогичный резистору обратной связи и с общей шиной (землей) устройства - через резистор с сопротивлением, аналогичным параллельно соединенным резисторам - входному и обратной связи. Выход второго ОУ служит выходом устройства.
Недостатком устройства-прототипа является то, что степень компенсации частотной погрешности, осуществляемой вторым ОУ, который воспроизводит помимо сигнала для компенсации погрешности также выходной сигнал первого ОУ, внося при этом собственную погрешность, ограничена его частотными свойствами
С целью устранения указанного недостатка в предлагаемое устройство введен резистор, включенный между выходом второго ОУ и инверсным входом первого ОУ, сопротивление которого определяет степень компенсации погрешности, а также третий резистивный делитель, аналогичный второму, включенный между выходом второго ОУ и общей шиной. Средняя точка резисторов третьего делителя соединена с инверсным входом второго ОУ. Неинверсный вход второго ОУ соединен с общей точкой резисторов второго делителя, Выходом устройства является выход первого ОУ.
Техническим результатом изобретения является возможность регулировки степени компенсации погрешности с существенным повышением точности масштабирования инвертирующего усилителя на операционных усилителях с ограниченными частотными свойствами.
Технический результат изобретения достигается тем, что инвертирующий масштабный усилитель с регулируемой степенью компенсации погрешности содержит первый и второй операционные усилители, первый, второй и третий аналогичные резистивные делители, а также регулировочный резистор, первый и второй делители включены между входом и выходом устройства, третий делитель включен между выходом второго операционного усилителя и общей шиной устройства, общая точка резисторов первого делителя соединена с инверсным входом первого операционного усилителя, неинверсный вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной устройства. Общая точка резисторов второго делителя соединена с неинверсным входом второго операционного усилителя, а общая точка резисторов третьего делителя - с его инверсным входом, регулировочный резистор включен между выходом второго операционного усилителя и инверсным входом первого операционного усилителя, выход первого операционного усилителя является выходом устройства.
Принципиальная электрическая схема устройства показана на чертеже.
Устройство содержит входной резистор 1 и резистор обратной связи 2, общая точка которых соединена с инверсным входом ОУ 3, неинверсный вход ОУ 3 соединен с общей шиной устройства. Между входом устройства и выходом ОУ 3 включены последовательно соединенные резистор 4, аналогичный резистору 1, и резистор 5, аналогичный резистору 2. Общая точка резисторов 4 и 5 подключена к неинверсному входу ОУ 6. Инверсный вход ОУ 6 соединен с его выходом через резистор 7, аналогичный резистору 2 и через резистор 8, аналогичный резистору 1, с общей шиной. Выход ОУ 6 через регулирующий резистор 9 соединен с инверсным входом ОУ 3. Выход ОУ 3 является выходом устройства. Устройство работает следующим образом.
Из входного и выходного сигналов устройства в общей точке резисторов 4 и 5, аналогичных резисторам 1 и 2 соответственно, выделяется, как известно, уменьшенный в К+1 раз сигнал погрешности, присутствующей на выходе ОУ 3 (см, Морозов В.П. Контроль исправности аналоговых операционных блоков, «Датчики и системы», 2003, №8). Здесь К - расчетное значение коэффициента масштабирования устройства, определяемое отношением сопротивлений делителя из резисторов 1 и 2. Уменьшенный сигнал погрешности поступает на неинверсный вход ОУ 6 и усиливается им без изменения знака в К+1 раз, поскольку подключенный к инверсному входу делитель из резисторов 7 и 8, аналогичных резисторам 1 и 2 соответственно, определяет, как известно из теории операционных усилителей, именно такой коэффициент передачи по неинверсному входу ОУ 6. Полный сигнал погрешности, восстановленный ОУ 6 с резисторами 7 и 8, через регулировочный резистор 9 поступает на инверсный вход ОУ 3 и на его выходе частично компенсирует сигнал погрешности. Остаточный сигнал погрешности вновь поступает на ОУ6. Таким образом ОУ 6 с резисторами 4, 5, 6, 7, 8 образует цепь отрицательной обратной связи по погрешности от выхода устройства до второго входа ОУ 3, образованного резистором 9. Коэффициент усиления в контуре обратной связи может регулироваться выбором сопротивления резистора 9, при этом степень компенсации погрешности пропорциональна отношению сопротивлений резисторов 2 и 9 и может значительно превосходить таковую в устройстве прототипе.