Масштабирующее устройство

 

„„SU„„1043672

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК зс51) 6 06 4 7/12

1 Å

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3450011/18-24 (22) 08.06.82 (46) 23. 09. 83. Бюл. )1 35 (72) В.Л. Аринштейн, А.Е. Волынский, С.А. Рачин, А.А. Смирнов и Б.С. фрейлихер (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., "Энергия", 1976, с. 155.

2. Вольтметр цифровой постоянного тока Щ1611, техническое описание и инструкция по эксплуатации, .

ЗПА.399,057ТО, с. 41-49 (прототип ). (54 )(57 ) 1. ИАСШТАБИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее три ключа, два делителя напряжения, усилитель и генератор управляющих импульсов, причем высокопотенциальный вход. устройства соединен с первым выводом первого ключа и через второй ключ связан с первым выводом перового делителя напряжения, второй вывод которого соединен с низкопотенциальным входом устройства и средним выводом второго делителя напряжения, средний вывод первого делителя напряжения через третий ключ подключен к первому входу усилителя, второй вход которо.-, го соединен с низкопотенциальным выходом усилителя и с первым выводом второго делителя, подключенным вторым выводом к высокопотенциальному выходу усилителя, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом генератора управляющих импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключей подключены к второму выходу генератора упраляющих импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, причем второй вывод первого ключа через четвертый ключ соединен с низкопотенциальным входом устройства и через последовательно включенные пятый и шестой ключи подключен к первому входу усилителя, общий вывод пятого и шестого ключей через седьмой ключ соединен с вторым входом усилителя, причем управляющие входы пятого и шестого ключей подключены к первому выходу генератора управляющих импульсов, а управляющие ,входы четвертого и седьмого ключей соединены с вторым выходом генератора управляющих импульсов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона в область высоких напряжений, первый ключ выполнен из последовательно включенных ключей, параллельно каждому из которых включен шунтирующий резистор, а управляющие входы всех ключей соединены с управляющим входом первого ключа.

1043672

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может бить использовано для построения аналоговых нгчислительных устройств.

Известно масштабирующее устройство, содержащее делитель напряжения, четыре ключа, усилитель и звено обратной связи (1 3 .

Недостатком этого устройства является сравнительно низкое входное 10 сопротивление на всех пределах, вызванное шунтирующим действием входного резистиеного делителя, "постоянно присоединенного параллельно входным клеммам устройства. 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является масштабирующее устройство, содержащее три ключа, делитель напряжения, усилитель, звено обратной связи и 20 схему управления, причем высокопотенциальный вход масштабирующего устройства через первый ключ связан с первым входом усилителя и через второй ключ - с высокопотенциальным 25 входом делителя, низкопотенциальный вход которого соединен с низкопотенциальным входом устройства и первым выходом звена обратной связи, выход делителя через третий ключ связан с первым входом усилителя, второй вход которого соединен со

1 еторыи выходом звена обратной связи, высокопотенциальный и низкопотенциальный выходы усилителя соединены с одноименными входами звена обратно

35 связи и являются одноименными выходами устройства, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом схемы управленйй, управляющие входы

40 второго и третьего ключей соединены со вторым выходом схемы управле" ния 12, Недо стат ком этого устрой ст ва я вляется понижение точности, связанное 45 с конечным и не постоянным сопротивлением изоляции разомкнутого пер. вого ключа, которое шунтирует верхнее высокоомное плечо входного делителя.

Целью изобретения является повы- 50 шение точности.

Цель достигается тем, что в масштабирующее устройство, содержащее три ключа, деа делителя напряжения

l усилитель и генератор управляющих 55 импульсов, причем высокопотенциапьный вход устройства соединен с первым выводом первого ключа и через втор:>й ключ связан с первым выводом первого делителя напряжения, второй вывод которого соединен с низкопотенциальным входом устройства и средним выводом второго делителя напряжения, средний вывод первого делителя напряжения через третий ключ подключен к первому входу усилителя, второй вход которого соединен с низкопотен.циальным выходом усилителя и с первым выводом второго делитедя, подключенным вторым выводом к высокопотенциальному выходу усилителя, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом генератора управляющих импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключей подключены ко втором о выходу генератора управляющих импульсов, введены четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, причем второй вывод первого ключа через четвертый ключ соединен с ниэкопотенциальным входом устройства и через последовательно включенные пятый и шестой ключи подключен к первому входу усилителя, общий вывод пятого и шестого ключей через седьмой ключ соединен со вторым вхо" дои усилителя, причем управляющие входы пятого и шестого ключей подклю-. чены к первому выходу генератора.. управлялщих импульсов, а управляющие входы четвертого и седьмого ключей соединены со вторым выходом генератора управляющих импульсов.

Кроме того, с целью расширения динамического диапазона в область высоких напряжений, первый ключ выполнен иэ и последовательно включенных ключей, параллельно каждому иэ которых включен шунтирующий резистор, а управляющие входы всех ключей соединены с управляющим входом первого ключа.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаеиого устройства, на фиг. 2 и 3 - эквивалентные схеиы устройства при его работе в различных режимах, на фиг. 4 - вариант выполнения первого ключа, позволяющий расширить динамический диапазон устрой ст ва.

Устройство содержит ключи 1 - 7, первый делитель 8 напряжения, усилитель 9, второй делитель 10 напряжения генератор 11 управляющих импульсов (фиг. 11.

Высокопотенциальный вход масштабирующего устройства через последоваI

1043672 вьп}

"Nep 0 (}-ф, соответственно коэффициент усиления и входное сопротивление усилителя 9; соответственно коэффициент передачи и выходное сопротивление второго делителя

10 напряжения, номинальный коэффициент передачи масштабирующего устройства; относительная погрешность коэф фициента передачи масштабирующего устройства, где « Вх !

}5 и Й

К

îåð. н 9

3 тельно соединенные ключи 1, 5 и б связан с первым входом усилителя 9 и через ключ 2 - с первым выводом делителя 8, напряжения, второй вывод которого соединен с ниэкопотенци- 5 альным .входом устройства, средним выводом второго делителя 10 напряжения и через ключ 4 связан с общим выво- дом ключей 1 и 5, второй вход усили. теля 9 соединен со вторым выводом to второго делителя 10 напряжения и- через ключ 7 - с общим выводом ключей.

5 и 6, а средний вывод делителя напряжения 8 через" ключ 3 соединен с первым входом усилителя 9, Высокопотенциальный и низкопотенциальный выходы усилителя 9 соединены с первым и вторым. выводами второго делителя

10 напряжения и являются одноименными выходами масштабирующего,устройст- 20 ва. Первый Ä 11 управляющих имиульсов соединен с управляющими входами ключей 1, 5 и .б, а второй его выход -, с управляющими входами ключей 2, 3, 4. и 7.

Устройство работает следующим образом.

B зависимости от положения ключей

-, 1 - 7 возможны два режима работы устройства.. ЗО

В,первом режиме по командам с генератора 11 управляющих импулсов ключи

1, 5 и 6 замыкаются, а ключи 3, 2 и 4 и 7 размыкаются. При этом номи нальный коэффициент передачи .устрой1 ства (масштабный коэффициент опре,деляется коэффициентом передачи уси лителя 9, охваченного отрицательной. обратной связью через второй делитель

10 напряжения. Эквивалентная схема устройства при работе в этом режиме представлена на фиг. 2, где разомкнутые ключи заменены их сопротивлениями изоляции с соответствующими индексами, а замкнутые ключи - отрезками проводников. Как видно из фиг.2; . 45 сопротивление изоляции ключа 4 (Р 4) включено практически параллельно сопротивлениями изоляции ключей 2 и 3 (R 2 и R 3 ). Все эти сопротивления включены параллельно входу масштабирующего устройства и не влияют на его коэффициент передачи. Сопротивление изоляции ключа 7 (R 7 ) включено параллельно входному сопротивлению усилителя 9 (Квх) °

Коэффициент передачи масштабирующего устройства в первом режиме работы ,может быть записан

Ъ

Так как на п} актике всегда R}5 „«

Вых

<<я „ця„, .то, как видно из (1 >, погрешность, вносимая Р-1, KBK впро чем и Р х, является погрешностью второго йорядка малости по отношению к погрешности, обусловленной конеч" ностью и непостоянством величины Кр.

Следовательно, введение ключа 7 практически. не оказывает влияния на коэффициент передачи устройства в первом режиме работы.

Во втором режиме работы по командам с генератора 11 управляющих импульсов ключи 2, 3, 4 и 7 замыкаются, а ключи 1, 5 и 6 размыкаются.

При этом входной сигнал с высокопотенциального входа масштабирующего устройства через замкнутый ключ 2 поступает на вход делителя

8 напряжения. С выхода делителя 8 ослабленннй в коэффициент деления этого делителя раэ сигнал через замкнутый ключ 3 поступает на вход усилителя 9. Таким образом, номинальный коэффициент передачи масштабирующего

672 где К

> (4)

S 1043 устройства (масштабный коэффициент ) определяется произведением коэффициентов передачи усилителя 9, охваченного глубокой отрицательной обратной связью, через второй делитель

10 напряжения и делитель 8 напряжения. Как видно из эквивалентной схемы устройства при работе в этом режиме, приведенной на фиг. 3, сопротивления изоляции ключей 1(R ) и 6 (Р6) "0 оказываются включенными аналогично

Й, и Р на фиг, 2 и, как следует из сказанного, практически не влияют на коэффициент передачи масштабирующего: устройства. Сопротивление изоляции !5 ключа 5 (1 5) оказывается включен-. ным параллельно выводам второго делителя 10 напряжения.

Коэффициент передачи масштабирующе го устрой ст ва для случая идеального 20 усилителя 9, но с учетом Р5, имеет вид коэффициент передачи делителя

8 напряжения;

К = - - - номинальныи коэф-., К пер Н )3 фициент передачи масштабирующего устройства;

- относительная погрешность коэффициента передачи, 35

ыасштабирующего устройства.

86fx (3)

При тех же условиях коэффициент передачи известного устройства

=к

1 пер A p

Д, где р и Р - сопроти вления со, 1 *2 ответственно верхнего и нижнего плеча делителя 8 напряжения;

R - сопротивление утечI ки ключа 1, которое при работе известного устройства в рас- 55 сматриваемом режиме шунтирует верхнее плечо делителя 8.

Учитывая, что на практике всегда

К1))к „» RA, выражение 4 можно привести к виду пер=,"пекн + Р =Кпер.н ("+3 ) (5) Отсюда относительная погрешность коэффициента передачи известного устройства

Т!- 1, (e)

Из сравнения (3 ) и (6 ) видно, что погрешность коэффициента передачи у предлагаемого устройства меньше погрешности из вестного во столь ко раз, во сколько R 8<,„ìåíüUjå Рд1 (при условии, что ключи 1 и 5 одного типа, т. е. R„= R5 ) . Значение сопротивления. в основном определяет собой входное солротивление масштабирующего устройства в рассматриваемом режиме работы. Поэтому его выбирают по возможности максимальным - порядка 10 Ом. Выходное же сопротив7 ление звена обратной связи к ь, ред ко превосходит величину 10 Ом ° К примеру, у известного устройства значения этих сопротивлений составляют R> = 9,9х10 Ом, ) вых

6 ю х птах

=- 900 Ом. Таким образом, в предлагаемом устройстве погрешность, коэффициента передачи за счет шунтирующего действия сопротивлений изоляции ключей уменьшается по крайней мере на четыре порядка и при Р g ), 1О Ом

9 не превышает 10 3.

При варианте выполнения предлагаемогоо устройства, поз воляющем расширить динамический диапазон входных сигналов в область высоких ,напряжений без снижения точности, .предыдущее устройство (так же как и известное )имеет недостаточно широкий динамический диапазон, ограниченный со стороны высоких напряжений пробивным напряжением первого ключа.

Вариант выполнения ключа 1, позволяющий расширить динамический диапазон входных напряжений масштабирую- щего устройства, приведен на фиг. 4.

Ключ 1 выполняется из последовательно включенных ключей S -; $п, каждый из которых зашунтирован резистором

R„ -: R, à управляющие входы всех ключей соединены с управляющим входом ключа 1. Если все ключи и ре7 1043672 8 зисторы одинаковые, то пробивное чески невозможным применение составнонапряжение каждого ключа может быть го ключа в известном устройстве из в и раз меньше максимального вход- за резкого увеличения погрешности ного напряжения. Сопротивление коэффициента передачи. В то же время составного ключа 1 в разомкнутом 5 из формулы { 2 ) видно, что погрешсостоянии будет в этом случае в ос- ность коэффициента передачи предлагановном определяться сопротивлением емого устройства не зависит от сопро0 последовательно включенных резисто- тивления изоляции ключа 1, и, следоров, шунтируюг их отдельные ключи, вательно, применение составного и. может быть существенно меньше, 1О ключа позволит расширить динамический чем сопротивление изоляции отдельно- диапазон входных сигналов без снижего ключа. Это обстоятельство, как ния точности масштабирующего уствидно из формулы (6 ), делает практи- ройства, Филиаг ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

ВНИИПИ

1043б72

Заказ 7340/53 Тираж 706

Подписное