Масштабный измерительный преобразователь
Изобретение относится к электрометрии и может быть использовано для измерения слабых напряжений и токов. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет высокого входного сопротивления - достигается применением усилителя 1, тактового генератора 5, двух ключей 7, 19, конденсаторов 6, 22, делителя 10, резисторов 11, 12. Устройство содержит также сумматор 13, резисторы 14, 15, делитель 16, усилитель 23, резисторы 26 - 31. 1 ил.
союз сои-: гских социялистических
РЕСПУБЛИК
rsI>s 6 01 R 19/00, Н 03 F 1/30
ГОСУД А P CT Н Е ННЫ Й КОМИ ТЕ Т
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 31 (21)4669933/21 (22) 20.02.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (72) Е, Я. Мандригель (53) 621.375.3(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1441316, кл. G 01 R 19/00, 15,11.88, Авторское свидетельство СССР
М 148821, кл. Н 03 F1/30,,12 09.61. (54) МАСШТАБНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
„„SU „„1673996 А1 (57) Изобретение относится к электрометрии и может быть использовано для измерения слабых напряжений и токов. Цель изобретения — повышение точности и расширение области применения за счет высокого входного сопротивления — достигается применением усилителя 1, тактового генератора 5, двух ключей 7, 19, конденсаторов
6, 22, делителя 10, резисторов 11, 12. Устройство содержит также сумматор 13, резисторы 14, 15, делитель 16, усилитель 23. резисторы 26-31. 1 ил.
1673996
Изобретение относится к угтроиствам электрометрии и предназначено для измерения слабых напряжений и токов.
Целью изобретения является повышение точности и расширение области приме- 5 нения за счет обеспечения высокого входного сопротивления преобразователя.
На чертеже приведена сгруктурная схема масштабного измерительного преобразователя. 10
Устройгтво содержит основной усилитель 1 с инвертирующим 2 и неинвертирующим 3 входами, источник 4 измеряемого сигнала, тактовый генератор 5, разделительный конденсатор 6, первый ключ 7 с 15 раэмыкающим контактом 8 и замыкающим
9. первый делитель 10 напряжения на резисторах 11, 12, .уммэтор 13, состоящий иэ дополнительно о 14 и нормирующего 15 резисторов, второй делитель 16 напряжения. 20 состоящий из входного 17 и выходного 18 резисторов, второй ключ 19 с размыкающим
20 и разомкнутым 21 контактами, запоминащий конденсатор 22, раэностный усилитель
23 с инвертирующим 24, неинвертирующим 25
25 входами и резистором 26 обратной связи, пять согласующих резисторов 27 — 31.
Один иэ выводов источника 4 измеряемого сигнала через резистор 15 подключен к неинвертирующему входу 2 усилителя 1, 30 через последовательно соединенньie резисторы 15, 14,размыкающий контакт 8 ключа
7, резистор 11 х выходу усилителя 1. Выход усилителя 1 через резистор 17 подключен к входу 3, через разделительный конденсатор 35
6 — к ключу 19, э через первый согласующий резистор 27- к неинвертирующему входу 24 усилителя 23. Размыкающий контакт 20 ключа 19 через резистор 28 подключен к входу 25 усилителя 23, а через резистор 29 40 — к общей шине устройства, Контакт 21 ключа 19 через резистор 30 соединен с запоминающим конденсатором 22 и через резистор 31 — с инвертирующим входом 24 усилителя 23, выкод которого является вы- 45 ходом устроиства 32, Вторые выводы источника 4, генератора 5, резисторов 12, 18, конденсатора 22 подключены к общей шине преобразователя. 50
Причем коэффициент преобразования первого делителя напряжения выбран обратным коэффициенту усиления усилителя
1 по полезному сигналу, с целью формирования нэ резисторе 12 составляющей полез- 55 ного сигнала У .-п. равный уровню полезного си нала У4 с источника 4:
У12п=УЛ (1)
Соотношение между нормирующими 15 и дополнительным 14 резисторами выбрано из условий формирования превышения в одном из тактов устройства коэффициента ,силениЯ сос авлЯюЩих ДРейфа, шУмов Код1 над коэффициентом усиления полезного си нала К«» в пределах 1,2 < n < 2;
Устройство работает следующим образом.
Например, проводят усиление полезного сигнала У4 с источника 4 в первом такте при разомкнутом ключе 7.
В этом случае коэффициент усиления усилителя 1 определяется только вторым формирователем на резисторах 17, 18 как для полезного сигнала У4, так и для составл я ю щей шумов, дрейфа Ypmi.
С учетом выражений (1), (2) можно записать
К1
Kon2 = Код2 = Копд
1 — Р1 К (3) где Ki — номинальное значение коэффициента усиления усилителя 1 без обратной связи, Ris
Pi =— n + Ria — коэффициент преобразования делителя на резисторах 17, 18;
Р>. К вЂ” глубина обратной связи.
При выборе значений Р К > 10 — 100 выражение (3) упрощается: — 1
Копд — ——
Pi
Таким образом, сигнал на выходе усилителя 1 в положении ключа 7 на контакте 9 равен
Увых 1(9)=Копд(У4+Удm1) (4)
B другом иэ тактов (в положении ключа
7 на контакте 8) на входе 2 усилителя 1 формируется суммарный сигнал У2(в), представляющий параллельное соединение сигнала У4 с источника 4 через резистор 15 и сигнал с резистора 12 через резистор 14. С учетом условия (1) коэффициент преобразования делителя на резисторах 11, 12 равен
Р2 (5) п12
К опд (9) Ri2 + Rii
Следовательно, си гнал У12 на резисторе 12 равен
У12=У4+Удш1, (6) . Наличие составляющей У4 в си нале на резисторе 12 позволяет полностью исклю1673996
10
К 1 (У }
1 — Р2 Рз К оlд (9 ) 55 чить шунтирование источника 4 и снижение входного сопротивления преобразователя.
Искомый сигнал У2(8) на входе 2 усилителя при условии (6) и выборе соотношений
R15»R4, R1n»R12, R2» R15 можно прЕДСтдвить как параллельное соединение источника 4 с сигналом У4 и внутренним сопротивлением R15 и источника сигнала
У12 с внутренним сопротивлением R14.
У1 + У12 (15 R14
У2(8) = =У4 + РЗУ9ш!
R15 R14 15 где Рз = — коэффициент ослабЯ15 + Я14 ления составляющих дрейфа шумов на входе 2 усилителя 1;
R4 — внутреннее сопротивление источника 4;
R2 — входное сопротивление усилителя
1 по входу 2.
Таким образом в точке суммирования на входе 2 усилителя периодически в одном из тактов с частотой тактового генератора
F5 формируется сигнал У2(8), Так как уровень составляющей полезного сигнала на входе 2 усилителя остается неизменным и равным У4 в положении ключа 7 на контакге 8 и 9, то и составляющая
ПОЛЕЗНОГО СИГНаЛа Увыхlп(8) На ВЫХОДЕ УСИЛИтеля 1 равна:
Урых1п(В) Кг>пд(9)У 1, т е. У, 1п(в)=-Ув . 1 (9).
Тогда коэффициент усиления Кр1д(8) дрейфа, шумов и в положении ключа 7 на контакте 8 с учетом коэффициентов Р2, Рз можно представить в следующем виде: который с учетом выражения (5) упрощается
К пл (9 )
Ко1д(8 ), р — - = П К опд (9 ), 1 где коэффициент п--— выбирается в
Рз пределах 1,2< п 2. Нижний предел и> 1,2 выбирается иэ условия обеспечения минимального уровня превышения, ниже которого не гарантируется достоверность и точность обработки получаемой информации. Выбор верхнего предела и< 2 обусловлен обеспечением гарантированного запаса устойчивости работы преобразователя.
Выбор пределов 1,2< n < 2 обеспечивается соотношением резисторов 14, 15.
Следовательно, полный сигнал на выходе усилителя 1 в такте ключа 7 на контакте
8 можно представить в виде
Увых 1(8)=- Копд(У4+пУдш 1). (7)
Из сопоставления выражений (7) и (4) следует превышение в п раэ усиленной составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте 8 не только под составляющей полезного сигнала У4, но и над составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте
9, При выборе F5»F4, где F4 — верхняя частота полезного сигнала У4, на выходе усилителя формируют периодический высокочастотный сигнал дрейфа, шумов с известной амплитудой по отношению к составлЯюЩей ДРейфа, шУмов Уд„1
У д 1=(n-1)Уд1, С помощью разделительного конденсатора
6, представляющего значительное сопротивление для составляющих полезного сигнала и дрейфа, шумов этого диапазона частот по сравнению с сопротивлением для периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов
1 1 () ) ), выделяют периодигг 4 б гг.Ь Сб ческую высокочастотную составляющую.
Затем с помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 20, например, проводят синхронное детектирование и выделение на резисторе 29 однополярной периодической высокочастотной составляющей, адекватной по фазе такой же составляющей на выходе усилителя 1, С помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 21 проводят синхронное детектирование и выделение на запоминающем конденсаторе 22 огибающей периодической высокочастотной составляющеи, обратной фазы и пропорциональной составляющей дрейфа, шумов на выходе усилителя 1, Полный сигнал с выхода усилителя 1, включая усиленные полезную составляющую, шумов и периодическую высокочастотную составляющую дрейфа, шумов, через резистор 27 поступает на инвертирующий вход 24 разностного усилителя 23. На вход
24 поступает с запоминающего конденсатора 22 и периодически с контакта 21 через резистор 31 выделенная составляющая дрейфа, шумов противоположной фазы и компенсируют адекватную составляющую с выхода усилителя 1. На инвертирующий вход 25 разностного усилителя 23 через резистор 28 поступает выделенный с резисто1673996
R2g=R30» н, Игв=йзо «R",â, R31, 1 1 20
ЗРзо C22 -р-, (Рзо Б31)С22>, 2F
Составитель Е. Илюшкин
Редактор M. Бандура Техред M,Ìoðiåíòàë Корректор Э. Лончакова
Заказ 2916 Тираж 399 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рэ 29 периодический высокочастотный сигнал, адекватный по амплитуде и фазе сформированному периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов на входе 24 и обеспечивает взаимо- 5 компенсацию его на выходе 32 преобразователя. Полная компенсация отмеченных сигналов достигается за счет выбора соотношений между резисторами 27, 28, 31 с учетом коэффициента преобразования це- 10 пей синхронного детектора на ключе 19.
Значения резисторов 29, 30, 31 выбираются иэ условий обеспечения значений номинальной нагрузки RH для усилителя 1 и условий заряда и разряда запоминающего 15 конденсатора
Формула изобретения
Масштабный измерительный преобразователь, содержащий основной усилитель, 25 тактовый генератор, два ключа с раэмыкающим и замыкающим контактами, разделительный и запоминающий конденсаторы, делитель напряжения, клемму для подключения измеряемого сигнала, причем первый 30 вход делителя напряжения соединен с выходом основного усилителя, а второй вход— с инвертирующим входом основного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области 35 применения эа счет обеспечения высокого входного сопротивления преобразователя, в него введены сумматор, разностный усилитель с резистором между выходом и его инвертирующим входом, пять согласующих резисторов, второй делитель напряжения, причем клемма для подключения измеряемого сигнала соединена с первым входом сумматора, второй вход которого через размыкающий контакт первого ключа соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход — с неинвертирующим входом основного усилителя, вход второго делителя напряжения соединен с выходом основного усилителя, выход основного усилителя через разделительный конденсатор соединен с вторым ключом, а через первый согласующий резистор — с инвертирующим входом разностного усилителя, размыкающий контакт второго ключа через второй согласующий резистор соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя, а через третий согласующий резистор — с общей шиной преобразователя, замыкающий контакт второго ключа через четвертый согласующий резистор соединен с запоминающим конденсатором, а через пятый согласующий резистор с инвертирующим входом разностного усилителя, выход которого является выходом преобразователя, второй выход тактового генератора, второй вывод запоминающего конденсатора соединены с общей шиной преобразователя, первый выход генератора соединен с управляющими входами первого и второго ключей.
