Устройство для деления напряжений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистические

Республик (и) 830412 (61) Дополнительное к авт. синд-ву (22) Заявлено 06.06. 79 (2)) 2776782/18-24 с присоединением заявки,%— (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 06 6 7/)6

Геоударстеенный комитет

СССР ло делан изобретений и открытий

Опубликовано 15. 05. 81. Бюллетень М 18

Л.ата опубликования описания 17.05. 81 (53) УДК 681. .335(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Л. Бенин, А.Н. Борисенко и Е.Г. Засла

Харьковский ордена Ленина политехническиф институт им. В.И. Ленина

- Ж-: (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к аналого-! вой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных машинах и моделирующих устройствах, а также в контрольно-измерительной технике.

Известно устройство для деления напряжения1 содержащее два делителя напряжения, включенные по мостовой схеме, в диагональ которой включен компаратор, реле, цифровые управляемые сопротивления, и логическую схему, входы которой соединены с выходами компаратора, а выходы подключены к двум смежным плечам мостовой схемы, в каждое из которых включено цифровое управляемое сопро.тивление, причем входы одного из делителей напряжения подключены к источнику входного напряжения через контакты реле f)).

Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон деления напряжений, так как с его помощью можно делить напряжения только в отношении 2:l.

Известно также устройство, содержащее резистивную мостовую схему, в одно из плеч которой включено

S цифровое управляемое сопротивление, соединенное через дешифратор с блоком отсчета и через блок управленияс нуль-органом, подключенным к одной из диагоналей мостовой схемы, 10 два полевых транзистора, каждый из которых включен в плечо мостовой схемы, смежное с плеч.м цифрового уп" равляемого сопротивления, а источ IS йикн входных напряжений включены между источником и затвором соответствукицего транзистора L2).

Однако для этого устройства характерна недостаточная. точность де20 ления из-эа различной крутизны пре-. образователей напряжения-сопротивление.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату

4„

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для деления напря50 жений введены усилитель и сумматор, вход усилителя соединен со входом управляемого генератора линейного напряжения, вход усилителя подключен к выходу второго блока сравнения, выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора линейного напряжения, а выход сумматора подключен ко входу

3 83041 к предлагаемому является устройство для деления напряжений, содержащее резистивный мост, первая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, между первой и второй вершинами резистивного моста включен линейных преобразова=ель напряжение-сопротивление, между первой и третьей вершинами резистивного моста включен эталонный резистор, 10 в диагональ между второй и третьей вершинами резистивного моста включен управляемый источник питания, управляемый генератор линейного напряжения, первый блок сравнения, пер- 15 вый вход которого подключен к третьей вершине резистивного моста, второй вход первого блока сравнения является входом сигнала-делителя, а выход подключен к управляющему входу управляемого источника питания, второй блок сравнения, первый вход которого подключен к четвертой вершине резистивного моста, второй вход второго блока сравнения явля- 25 ется входом сигнала-делимого, а выход подключен к управляющему входу управляемого генератора линейного напряжения.

Выходной сигнал в таком устройстве 30 снимается с выхода управляемого генератора линейного напряжения и частное от деления входных напряжений пропорционально установившемуся значению выходного напряжения этого ге- 35 нератора P3).

Однако так как в генераторе линейного напряжения происходит интегрирование напряжения, то требуется некоторый промежуток времени для получе- 40 ния установившегося значения выходного сигнала, вследствие чего быстродействие устройства оказывается низким.

2 4 преобразователя напряжения-сопротивление и является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена блоксхема устройства для деления напряжений; на фиг, 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит резистивный мост 1, между первой и второй вершинами которого включен линейный преобразователь напряжение-сопротивление 2, а между первой и третьей вершинами включен эталонный резистор 3. В диагональ между второй и третьей вершинами резистивного моста 1 включен управляемый источник

4 питания, управляющий вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения, Первый вход блока 5 сравнения подключен к эталонному резистору 3, а второй — к источнику напряжения делителя. Первый вход блока 6 сравнения соединен с четвертой вершиной резистивного моста 1, второй вход блока б сравнения соединен с источником напряжения делителя, а выход — с управляющим входом управляемого генератора 7 линейного напряжения и входом усилителя 8. Выход управляемого генератора ? линейного напряжения и выход усилителя 8 соединены соответственно со входами с сумматора 9, выход которого связан со входом линейного преобразователя

2 напряжение-сопротивление и выходом устройства.

Устройство для деления напряжений работает следующим образрм.

Рассмотрим случай, когда .входные напряжения U и U равны нулю.

В этом случае выходное напряжение блока 5 сравнения, являющееся входным напряжением управляемого источника 4 питания, равно нулю, вследствие чего равно нулю и йапряжение питания U> резистивного моста 1. При этом напряжение U равно нулю, а так как напряжение U> на втором входе блока 6 сравнения также равно нулю, то равно нулю напряжение и на выходе блока 6 сравнения.

В результате этого выходные напряжения управляемого генератора 7 линейного напряжения, усилителя 8 и сумматора 9 также равны нулю. Таким образом, при равенстве нулю обоих входных напряжений U и U> выходное напряжение о устройства для деления напряжений. равно нулю.

830412

0 = urX ОЯ) (5) 5

Рассмотрим случай, когда О„ ФО и 0 фО. При этом на выходе блока

5 сравнения появляется разностный сигнал, равный

0 = 0 - 09т, (1) 5 гце 11 — напряжение на эталонном

1! резисторе 3.

Этот сигнал управляет выходным напряжением управляемого источника

4 питания. Так как канал управляющий 10 вход - выход управляемого источника

4 питания обладает усилительными свойствами, то в выражении (1) величина Ug пренебрежимо мала по сравнению с величинами U и 0, вслед- 15 ствие чего справедливо равенство:

0 = оэ (2)

На выходе блока 6 сравнения в этом случае действует разностный сигнал од, равный 20

0 =u (3) где 0 — напряжение между третьей вершиной и шиной нулевого потенциала резистивного моста 1. 25

Разностный сигнал 0 поступает на входы управляемого генератора 7 линейного напряжения и усилителя

8. В первый момент после поступления этого сигнала на выходе управ- 30 ляемого генератора 7 линейного напряжения сигнал равен нулю, а на выходе усилителя 8 сигнал несколько меньше сигнала 0 . По мере роста выходного напряжения управляемого генератора 7 линейного напряжения выходное напряжение сумматора 9 растет, вследствие чего растет и выходное сопротивление Вх линейного преобразователя 2 напряжение-сопро-, 40 тивление согласно соотношению:

R =В (1+КО) (4) где К вЂ” коэффициент передачи линейного преобразователя 2 напряжение35 сопротивление.

При этом резистивный мост оказывается несбалансированным и его выходное напряжение U отличается от нуля.

Величина U определяется следующим

50 образом: где UX - падение напряжения на выходном сопротивлении R линейного преобразователя

2 напряжение-сопротивление

0 — падение напряжения на резисторе R резистивного моста I.

В случае входного сопротивления блока 6 сравнения, значительно большего любого из сопротивлений резистивного моста 1> по сопротивлениям

R u R протекает один и тот же

1 ток, вследствие чего сраведливо соотношение:

Э

Рк Ф Вэ ох/Uэт

С учетом выражения (4) после необходимых преобразований последнее соотношение принимает вид ом = эт(Ко) (6)

Величина напряжения U„ находится таким образом:

uR=D,5(эт+ Ох)=опт+О 50эт KU (7)

После подстановки выражений (6) и (7) в .выражение (5) определяется напряжение U . о =u„.+ 0, ко-о,т-о,50»KU=D.5ко- о (8)

Напряжение 05 является сигналом отрицательной обратной связи и, как следует из последнего выражения, растет по мере увеличения выходного напряжения U сумматора, а разностный сигнал U при этом уменьшается

В.результате этого выходной сигнал усилителя 8 уменьшается, а выходной сигнал управляемого генератора 7 линейного напряжения нарастает с уменьшающейся скоростью, Благодаря усилительным свойствам управляемого генератора 7 линейного напряжения и усилителя 8, а также наличию отрицательной обратной связи, в установившемся режиме разностный сигнал 0 близок к нулю и выражение (3) принимает вид: о„= оз

С учетом полученного выражения и соотношения (2) выражение (8) преобразуется к виду

ug - О,5u ко, откуда выражение для выходного сигна ла 0 устройства определяется таким образом: U = 20 /КО

Таким образом, когда входные на, пряжения 01 М О отличны от нуля, выходной сигнал устройства пропорционален отношению Ug/Q

Временные диаграммы, иллюстрирую-. щие работу устройства в рассматриваемом случае, приведечы на фиг. 2.

Предположим теперь, что 0 4 О, 1

Q-- О, В этом случае на выходе блока

5 сравнения действует разностный сигнал Ц©, являющийся управляющим сигналом для управляемого источника

830412

4 питания. Так как при этом 0< Ô0, то между первой и второй вершинами резистивного моста 1 прилагается напряжение U отличное от нуля.

Как и в предыдущем случае, в установившемся режиме U = 0 . Так как

t на втором входе блока 6 сравнения сигнал отсутствует, то на его выходе сигнал также отсутствует, вследствие чего на выходах усилителя 8 10 и управляемого генератора 7 линейного напряжения сигнал также отсутствует. В этом случае на выходе сумматора 9 действует нулевой сигнал, являющийся управляющим для ли- 15 нейного преобразователя 2 напряжениесопротивление. Согласно выражению (4) выходное сопротивление R линейного преобразователя 2 напряжениесопротивление равно в этом случае сопротивлению В Г эталонного резистора 3, резистивный мост 1 оказывается сбапансированным и на первый вход блока 6 сравнения напряжение не поступает. Таким образом, когда делимое . напряжение Up0, а напряжение U .Делителя отлично от нуля, выходное напряжение U устройства для деления напряжений равно нулю.

Рассмотрим случай, когда напряже- З0 ние 0 4 О, а напряжение U< дели— теля равно нулю. Так как на втором входе блока 5 сравнения сигнал отсутствует; то- отсутствует сигнал и на выходе блока 5 сравнения. При 3s этом на управляющий вход управляемого источника 4 питания сигнал не поступает и напряжение 01„ питания резистивного моста 1, подаваемое между первой и второй его вершинами, рав- 4о но нулю и выходное напряжение U резистивного моста 1 также равно нулю при любых соотношениях сопротивлений Кх и R>>.

Так как на первом входе блока б сравнения действует сигнал нулевой, то на выходе этого блока разноетный сигнал Ц = Ц, который отличен от нуля. В этом случае на выходе усилителя 8 действует отличное от нуля напряжение, поступающее на первый вход сумматора 9. На второй вход сум. матора 9 с выхода управляемого генератора 7 линейного напряжения посту-. пает плавно нарастающее напряжение.

При этом на выходе сумматора 9 действует нарастающее во времени напря— жение и вследствие отсутствия напряжения 0 разностный сигнал на выходе блока 6 сравнения остается равным входному напряжению 0 и в случае идеального интегрирования напряжения управляемым генератором 7 линейного напряжения выходной сигнал U устройства растет до бесконечности.

Таким образом1 благодаря введению усилителя и сумматора график выходного напряжения устройства на временной диаграмме начинается не с нуля, как это имеет место в известном устройстве, а с некоторого отличного от нуля значения, вследствие чего время, необходимое для достижения выходным сигналом установившегося значения, сокращается и быстродействие устройства повышается..

Формула изобретения

Устройство для деления напряжений, содержащее резистивный мост, первая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, между первой и второй вершинами резистивного моста включен линейный преобразователь напряжение-сопротивление, между первой и третьей вершинами резистивного моста включен эталонный резистор, в диагональ между второй и третьей вершинами резистивного моста включен управляемый источник питания, управляемый генератор линейного напряжения, первый блдк сравнения, первый вход которого подключен к третьей вершине резистивного моста, второй вход первого блока сравнения является входом сигналаделителя, а выход подключен к управляющему входу управляемого источника питания, второй блок сравнения первый вход которого подключен к четвертой вершине резистивного моста, второй вход второго блока сравнения является входом сигнала-делимого, а выход подключен к управляющему входу управляемого генератора линейного напряжения, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство для деления напряжений введены усилитель и сумматор, вход усилителя подключен к выходу второго. блока сравнения, выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу уп8304! равляемого генератора линейного напряжения, а выход сумматора подключен ко входу преобразователя напряжение-сопротивление и является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское

У 354422, кл. G

2. Авторское. N 350011, кл, С

3. Авторское

Ф 604003, кл. G (прототип) I0 свидетельство СССР

06 G 7/16, 1972. свидетельство СССР

06 G 7/16, 1972. свидетельство СССР

06 G 7/16, !978

®ива

830412

Фиг.2

Составитель Т. Сапунова

Юиии з. Вюае а

Заказ 3804 87 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035х Иосквад Ж-35 Раушская иаб. д. 4/5

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