Функциональный преобразователь

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий дифференциальный операхщонный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, П аппроксимирунмцих ячеек, первые и вторые входы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника дну- . полярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы п аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масвггабные резисторы подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усипителя , Kai/щая из h- аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединенс первыми вьшодами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым вьюодом первого ограничительного диодного элемента, а вторые выводы первого и второго масштабных резисторов Подключены к соответствующим входам аппроксиьпфующей ячейки, выход операционного усилителя че- . рез вторбй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки, отличающ и и с я тем, что,.с целью повышения надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя, в него введены инвертор, вход которого подключен к. выходу дифференциального операционHo .ro усилителя, а выход через (л+1)-й входной масштабный резистор - к входу преобразователя и неинвертирукицему входу дифференциального операционного усилителя, коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих и аппроксимирукицих ячеек, дополнительные выходы которых подключены к со (О ответствукмчим входам блока индика1ЩИ , причем в из У аппрокС симирую1Чих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы , корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель,включенный между выходом аппроксимируняцей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора,коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксини00 рукмцей ячейки, который через первый нагрузочный резистор подключен к положительной шине источника двуполярного опорного напряжения,эмиттер транзистора через второй нагрузочный резистор подклк чен к шине нулевого потенциала и рторому выводу первого ограничительного диодного элемента, база транзистора подключена к выходу операционного усилителя , а второй ограничительный элемент выполнен на двух пбследова

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сю ои

3(я) G 06 G 7/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРС ГВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЮ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3508262./18-24 (22) 09.11.82 (46) 30.08.84. Бюл. Ф 32 (72) Б.А. Джулай и В.Д. Зибров (53) 681.335 (088.8) (56) 1. Смолов В.Б. Диодные функциональные преобразователи". Л., "Энергия", 1967. с. 50.

2. Авторское свидетельство СССР

В 432535, an. G 06 G 7/26. 1972. (54)(57) ФУНКЦИОНАПЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирую- . щий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, и аппроксимирующих ячеек, первые и вторые входы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные резисторы подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, каждая из и"- аппроксимирую-. щих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, а вторые . выводы первого и второго масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя че- . рез второй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки, о т л и ч а юшийся тем, что,. с целью повышения надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя, в него введены ннвертор, вход которого подключен к. выходу дифференциального операционного усилителя, а выход через (+1)-й входной масштабный резистор — к входу преобразователя и неИнвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек, дополнитель- р ные выходы которых подключены к соответствующим входам блока индикации, причем в каждую из .vl аппроксимирующих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы, корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель,включенный между выходом аппроксимирунищей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора,коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки, который через пер вый нагруэочный резистор подключен к положительной шине источника дву полярного опорного напряжения,эмиттер транзистора через второй нагрузочный резистор подключен к шине нулевого потенциала и второму выводу первого ограничительного диодного элемента, база транзистора подключена к -выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент выполнен на двух последова1111181 тельно включенных разноименными выводами диодах, общий вывод которых

1 .Изобретение относится к аналоговой технике, в частности к диодным функциональным преобразователям ток-напряжение.

Известен диодный функциональный . преобразователь, содержащий инвер" тирующий операционный усилитель с масштабным резистором в цепи отрицательной обратной связи и q аппроксимирующих ячеек, первый и вто- 10 рые входы которых подключены соответственно к источнику опорного напряжения и выходу операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы И аппроксимирующих ячеек подключены к входу операционного усилителя, каждая из г аппроксимирующих ячеек содержит два масштабных резистора, первые выводы которых подключены к первому щ выводу ограничительного диода, второй вывод которого соединен с выходом аппроксимирующей ячейки, вторые выводы масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимир ющей ячейки П .

Недостатками данного преобразователя являются низкие точность и стабильность преобразования из-за влияния напряжения смещения открытых диодов.

Наиболее близок .к предлагаемому функциональный преобразователь,содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого

35 потенциала, И аппроксимирующих ячеек, первые входы которых подключены к источнику двуполярного опорного напряжения, вторые входы — к выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, третьи входы — к входу преобразователя, выходы И аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные резисторы подключены к неинвертирующему

45 входу дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход через корректирующий резистор соединен с шиной нулевого потенциала.

2 дифференциального усилителя через токозадающий масштабный резистор связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, каждая из И аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами первого, второго, третьего и четвертого масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого", второго и третьего масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячей ки, второй вывод четвертого масштабного резистора соединен с выходом аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя соединен с вторым выводом первого ограничительного диодного элемента и через второй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки C2 I.

Недостатком известного функционального преобразователя является отсутствие контроля включенных участ- . ков аппроксимации, что понижает надежность работы устройства.

Цель изобретения — повышение надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобраз оват еля .

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, аппроксимирующих ячеек, первые и вторые входы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные ре3 1111 зисторы подключены к неинвертирующе. му входу дифференциального операционного усилителя, каждая из аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента. а

° вторые выводы первого и второго мас- 10 штабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя через второй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки,введены инвертор, вход которого подключен к выходу дифференциального one" рационного усилителя, а выход через ( (&+1)-й входной масштабный резистор подключен к входу преобразователя и неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих и аппроксимирующих ячеек, дополнительные выходы которых подключены к соответствующим входам блока индикации, причем в каждую из аппроксимирующих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы, 30 корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора, коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки, который через первый нагрузочный резистор подключен к положительной шине источника двуполярного опорного напряжения, эмиттер через второй нагрузочный резистор - к шине нулевого потенциала и второму выводу первого ограничительного диодного элемента, база — к выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент выполнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, общий вывод которых через корректирующий резистор соединен .с шиной нулевого потенциала.

На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя, на фиг.2 — принципиальная схема аппроксимирующей ячейки, на фиг.3— переходная характеристика иреобразов ателя 0 ы» Р (в„ .

181 ф

Функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит дифференциальный операционный усилитель 1, неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом преобразователя, аппроксимирующие ячейки 2.1-2. Н, первые входы которых подключены к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения (-Ц1, вторые входы — к выходу дифференциального операционного усилителя 1, инвертор 3, входные масштабные резисторы

4. 1-4. (n+1), коммутатор 5, выходы которого подключены к выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек

2. t-2.и, и блок 6 индикации, входы которого подключены к дополнительным выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек 2.1-2.ю1

Каждая аппроксимирующая ячейка

2.1-2.и;, (фиг.2) содержит операционный усилитель 7, инвертирующий вход которого через первый 8 и второй 9 масштабные резисторы связан с первым и вторым входами аппроксимирующей ячейки, масштабный резистор 10 обратной связи, первый 11.и второй 12 ограничительные диодные элементы, диоды 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала, повторитель 16, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и масштабным резистором 10, транзистор

17 выполняющий функцию ключевого элемента, коллектор которого подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор 18 связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, а эмиттер через второй нагрузочный резистор 19 связан с шиной нулевого потенциала и подключен к первому ограничительному диодному элементу 11, Фнукциональный преобразователь работает следующим образом.

В режиме "Работа" на вход дифференциального операционного усилителя 1 поступает входной ток ъв„ (фиг. 1 и 3), при этом сигналй с коммутатора 5 отсутствуют.

При работе на первом участке an"" проксимации, когда 0 .-1в 1ц, коэффициент преобразования функционального преобразователя определяется входньм масштабным резистором

4. (й.+1) и коэффициентом усиления

1111181

Al-1

"М Овь,„1М- В(„„1Х " " а„<,„)

1 б.

35 где О цх (м- ) напряжение на выходе усилителя 1 40 в точке изменения крутизны в конце (>-1)-го участка аппроксимации, входной ток налип-м

45 участке аппроксимации

lar ъ ) is% ta ; фФ вЂ” коэффициент усиления

50 по второму входу аппроксимирующей ячейки 2.;ъ;. — напряжение дрейфа преобразователя,приведенное к входу усилителя, на е -м участке аппроксимации.

u„„ инвертора 3. Входные масштабные резисторы 4.1-4.п на первом участке аппрОксимации не влияют на коэффициент преобразования, так как они не включены в цепь отрицательной 5 обратной связи усилителя 1 вследствие того, что диоды 13 и 14 ограничительного диодного элемента 12 (фиг.2) аппроксимирующих ячеек 2.1-2. закрыты в результате действия опорного напряжения — U источника двуполярного опорного напряжения.

При входном токе iz>< j<„(ън под действием напряжения с выхода дифференциального операционного усилителя 1 диоды 13 и 14 аппроксими рующей ячейки 2.1 открываются и в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 включается входной масштабный резистор 4.1 через ап- 20 проксимирующую ячейку 2. 1.

С ростом входного тока все большее число ацпроксимирующих ячеек и связанных с ними входных масштабных резисторов включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, приводя к скачкообразному уменьшению коэффициента преобразования.

Для ю -го участка аппроксимации 30 напряжение на выходе преобразователя определяют из выражения

Из выражения (1) и фиг.3 видно, что преобразователь воспроизводит на выходе монотонную функцию с убывающей крутизной, которая изменяется скачкообразно в узловых точках, задаваемых величиной опорного напряжения и параметрами аппроксимирующих ячеек.

Аппроксимирующая ячейка работает следующим образом.

На первый вход каждой аппроксимирующей ячейки (масштабный резистор 8) подается опорное напряжение — U> а на второй вход (масштабный резистор 9) — напряжение б (18Ь,, с выхоДа ДиффеРенЦиального операционного усилителя 1.

Если - -- — — L0 то напряжеUasv Uo В ние на выходе операционного усилителя 7 положительно. В данном случае отрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через открытые транзистор 17 и первый ограничительный диодный элемент 11. Выбором величины сопротивления второго нагрузочного резистора 19 можно изменять степень насыщения транзистора 17, т.е. перепад напряжения на первом нагрузочном резисторе 18. Диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 закрыты положительным напряжением с. выхода усилителя

7, и отрицательная обратная связь через повторитель 16 и масштабный резистор 10 отсутствует: напряжение на основном выходе аппроксимирующей ячейки равно нулю.

Если --е- -" >P, то напряжеUе ; ч es ние на выходе операционного усилителя 7 изменяет полярность на отрицательную. Транзистор 17 и первый ограничительный диодный элемент 11 закрываются, а диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 открываются, Отрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через повторитель 16 и масштабный резистор 10. Коэффициент усиления аппроксиьырующей ячейки но второму входу определяется в данном случае из выражения

Ьц Г

2г Qq

Напряжение с коллектора транзистора 17 через дополнительный выход поступает на один из входов блока 6

1111181

7 индикации, который дает информацию о включенном участке аппроксимации.

Второй ограничительный диодный элемент 12 выполнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала. Такое выполнение диодного элемента 12 позволяет уменьшить влияние сопротивлений диодов 13 и 14 и их емкостей в запертом состоянии на точность и полосу пропускания аппроксимирующей ячейки.

Включение повторителя 16 íà операционном усилителе между вторым ограничительным дйодным элементом 12 и масштабным резистором 10 позволяет практически исключить влияние шунтирующего действия невключенных входных масштабных резисторов

4. 1-4. на передаточную характеристику преобразователя и на напряжение смещения нуля, так как связь их с шиной нулевого потенциала происходит в данном случае не через относительно низкоомный масштабный резистор 10, а через входное сопротивление повторителя 16, которое может быть выбрано достаточно большим.

В режиме "Контроль" измеряютея напряжения на выходе функционального преобразователя в узловых точках, что позволяет определять напряжение смещения нуля для всех участков аппроксимации без подачи калибровочного тока на вход преобразователя.

Выбор контролируемого участка аппроксимации происходит по командам коммутатора 5. При контроле, первого участка аппроксимирующие ячейки 2.1-2.ч и входные масштабные резисторы 4.1-4.и не включены в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операцион-, ного усилителя

Напряжение смещения на выходе преобразователя зависит от напряже-, ния смещения дифференциального операционного усилителя и инвертора

3. При контроле второго участка аппроксимации с коммутатора 5 на выход аппроксимирующей ячейки 2.1 поступает сигнал, открывающий диоды

13 и 14 диодного элемента 12, в ре10 зультате чего цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 дополнительно к предыдущему включается через аппроксимирующую ячейку

2. 1 входной масштабный резистор 4 . 1.

15 Напряжение на выходе преобразователя зависит и от напряжения смещения нуля аппроксимирующей ячейки 2.1.

При контроле -го участка аппроксимации с коммутатора 5 поступают

20 сигналы на выходы аппроксимирующих ячеек 2.1-2.(а-1), открывающие диоды 13 и. 14 диодных элементов 12 данных аппроксимирующих ячеек.

Напряжение на выходе преобразова

25 теля при контроле m -ro участка аппроксимации определяют из выражения

"Ьы K.ÔË Къ

Э.„Д0.е „,(е а „. я, 1 0 где L — коэффициент усиления по первому входу аппроксимирующей ячейки 2.ъ

Таким образом, напряжение смещения нуля может быть найдено для каждого участка аппроксимации.

При контроле номер участка аппроксимации, как и при работе, укаэывает40 ся блоком 6 индикации.

Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет осуществлять контроль преобразователя с одновременной индикацией включенных участ45 ков аппроксимации беэ использования калибровочного тока, а следовательно, повысить надежность его работы.

1111181

Фиг,1

4ць.2

Составитель H. Зайцев

Техред M.Кузьма Корректор М, Шарохин

Редактор Л. Пчелинская

Заказ 6312/40

Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Гбсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4