Цифровой мост переменного тока

 

еио. е

Союз Советских

Социалистических

Республик

<ч66136Д

И 3 SPK TE HH$I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.05.77 (21) 2488198/18-21 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) М Кл е

G 01 R 17/10

Гасударственный комитет

СССР по делам изооретений и открытий

53) УДК621.317. .733 (088.8) Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 25.05.79

Ю. P. Агамалов, Е. А. Будницкая, Г. Г. Лукашук, Ю. А. Смоляр и Б. А. Горай (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт проблем управления (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в мостах, компенсаторах и других измерительных устройствах переменного тока.

Известны цифровые мосты переменного тока с ключами, например, транзисторными, 1 переключающими образцовые конденсаторы (11.

Наиболее близким по технической .сущности к данному изобретению является цифровой мост с компенсацией сопротивлений замкнутых ключей, содержащий генератор в переменного тока, блок управления и измерительную цепь, например сопряженный мост Шеринга, в котором один из дискретHbt. органов уравновешивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и переключающих их ключей, например, транзисторных р-п-р типа, коммутируемых разнополярными сигналами, подаваемыми на управляющие входы этих ключей, а к общей точке каждого из этих ключей и переключаемых или образцовых конденсаторов подключен первый переключающий вход вспомогательного ключа, например, аналогично соот2 ветствуюгцему ему клинчу, переключающему образцовый конденсатор, причем управляющие входы этих ключей объединены (2).

Недостатком такого цифрового моста переменного тока являются погрешности измерения, обусловленные недокомпенсированными остаточными сопротивлениями замкнутых ключей, переключающих образцовые конденсаторы, достигающие больших значений на высоких частотах.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона частот питания измерительной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой мост переменного тока, содержащий блок управ. пения, вход которого соединен с выходом мостовой измерительной цепи, в которой один из дискретных органов уравновешивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и основных ключей, управляющие входы которых через разделительные диоды соединены с выходами блока управления и через балластные-с выходом повторителя напряжения, а к общим выводам каждого из основных клю661362 чей и каждого из образцовых конденсаторов подключен первый вход дополнительного ключа, йричем управляюшйе входы основных и дополнительных ключей объедийены; снабжен дифференцирующим устройством, выполненным в виде операционного усилителя, содержащего во входной цепи конденсатор, а в цепи обратной связи резистор, и

" =подключенным к выходу повторителя напряжения, а также набором образцбвых резисторов по одному на каждый образцовый кон денсатор, "у которых одни выводы соединены с выходом дифференцирующего устройства, а каждый из вторых выводов — со вто" = рым входом одного из дополнительных ключей, при этом между вторым выводом каж" "= "дого дополнительного ключа и выводом соединенного с ним образцового резистора и общими выводами основных ключей подключены два встречно-параллельно включенных диода.

На фиг. 1 показана структурная схема моста.

Устройство содержит блок управления 1, вход которого соединен с выходом измерительной цепи 2, в частности моста Шеринга, вкл1очающего в себя объект измерения 3, орган выбора поддиапазона 4, орган уравно"вешивания в виде регулируемой проводимости 5. и шунтированный резистором 6 дискретный орган уравновешиванйя;" выполненный в виде параллельно включенных цепочек составленных из образцовых конденсаторов 7, 8 и переключающйх их Тр3Н3НсТорных ключей 9, 10, коммутируемых разнопо" лярными сигналами, подаваемыми с блока управления 1, который соединен также с у1травляющим входом органа уравновешивания 5, через разделительные диоды 11 — 12 на управляющие входы этих ключей, соединенные балластными резисторами 13, 14 с выходом повторителя напряжения. К общим точкам ключей 9, 10 и образцовых конденсаторов 7, 8 подключены ключи 15, 16, имеющие общие с ключами 9, 10 уйравляющие входы. Вторые входы ключей 15, 16 соответственно через резисторы 17, 18 соединены с выходом дифференцируюшего устройства 19, выполненного, например, в виде опе" - рационного усилителя с конденсатором 20 с емкостью С на входе и резистором 21 с сопротивлением R в обратной связи, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения 22..

Устройство работает следующим образом.

Балансировка измерительной цепи 2 осуществляется блоком управления 1 посредI ством подачи во времени и пространстве соответствующих сигналов управления на орган выбора поддиапазона 4 и дискретные органы уравновешивания в виде регулируемых проводимости 5 и емкости, состоящей из параллельного набора образцовых конденсаторов 7, 8 с коммутирующими ключами 9, 10 и 15, 16, последние из которых вместе с резисторами 17, 18, дифференцируюшим устройством 19 и повторителем 22 на" йряжения служат для компенсации остаточных сопротивлений замкнутых ключей 9, 10.

Для пояснения механизма компенсации на фиг. 2 изображен образцовый конденсатор 7 с емкостью с, с замкнутыми ключами 9 и 15, имеющими остаточные сопротивления соответственно г„и r < и цепочка компенсации сопротивления г„, составленная из peto зистора 17 с сопротивлением rL, дифференцирующего устройства 19 и повторителя напряжения 22, вход которого подсоединен к общей точке образцовых конденсаторов, на которой имеет место напряжение U . Если обознать остаточное напряжение на r через

1 ф то тогда эквивалентное (скомпенсированное) значение остаточного сопротивления замкнутого транзисторного ключа 9 будет равно

Ц м

2к мВ 0) с

Для того чтобы r = О необходимо, чтобы U = О, а последнее согласно фиг. 2 будет иметь место, если будет выполняться соотношение

20 = — "(„, ® то есть, если отбросить поправку г„4, то

2$ значение г, должно быть во столько раз меньше R, во сколько С„больше С.

В устройстве используется лишь один конденсатбр, значение емкости которого может быть выбрано как угодно малым, лишь бы в соответствии с выражением (2) оставалось постоянным произведение RC. Таким образом, "реализованная предлагаемым образом компенсация будет частотонезависиз$ мой. ОднакО здесь верхняя граница рабочей частоты может оказаться ограниченной, если напряжение на выходе дифференцирующего устройства 19 с ростом частоты достиг нет недопустимо большого значения с точки зрения граничных режимов транзисторных ключей 15, 16, например, может быть превышено допустимое значение напряжения база-коллектор, а если применяются спаренные транзисторные, ключи, то база-эмиттер.

Кроме того может оказаться превышенным

4$ запирающее напряжение база-эмиттер, подаваембе на управляющие входы ключей, в результате чего (в данном случае коллекторные) переходы на отдельных участках полуволн будут смещены в направлении отпирания, что повлечет ухудшение характеристик ключей в запертом состоянии. Для того чтобы избежать этого, в мосте введены пары встречно-параллельно включенных диодов 23, 24, подключенные между точками соединений резисторов 17, 18 с ключами 15, 16 и об цей точкой ключей 9, 10.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства определяется повышением точности измерения, увеличением

661362

Формула изобретения

1ие. т

Ри«. 2

Составитель И, Бахтина

Редактор М. Трофимова Техред О. Луговая Корректор Т. Назарова

Заказ 2435/41 Тираж 1080 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 круга решаемых с помощью данного моста измерительных эадач благодаря расширению диапазона рабочих частот, а также упрощения отдельных узлов, в частности повторителя напряжения, из-за снижения требований к его нагрузочной способности.

Цифровой мост переменного тока, содержащий блок управления, вход которого соединен с выходом мостовой измерительной цепи, в которой один из дискретных Органов уравновешивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и основных ключей, управляющие входы которых через разделительные диоды соединены с выходами блока управления и через балластные резисторы — с выходом повторителя . напряжения, а к общим выводам каждого — =из основных ключей и каждого из образцовых конденсаторов подключен первый вход дополнительного ключа, причем, управляющие входы основных и дополнительных клю6 чей объединены, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен дифференцирующим устройством, выполненным в виде операционного усилителя, содержащего во входной цепи конденсатор, а в цепи обратной связи резистор, и подключенным к выходу повторителя напряжения а также набором образцовых резисторов по одному на каждый образцовый конденсатор, у которых одни выводы соединены с выходом дифференцирующего устройства, а каждый из вторых выводов — со вторым входом одного из дополнительных ключей, при этом между вторым выводом каждого дополнительного ключа и выводом соединенного с ним образцового резистора и обшим выводами основных ключей подключены два встречно параллельно включенных диода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 329827, кл. G 01 R 17/10, 1974.

2. Кнеллер В. Ю. и др. Автоматические измерители комплексных величин с координированным уравновешиванием, М., 1975, с. 115.