Электрометрический преобразователь малых токов и зарядов

. М 228,8)идетельство СССР1 Р 19/00, 1977. 54) ЭЛ Е КТ РОМ ЕТ СВАТЕЛЬ МАЛЫ 57) Изобретение о ительной технике ышение точнос РИЧЕСКИИ ТОКОВ И ЗАносится к эл Цель изобреи преобраз ПРЕОБРА-.РЯДОВектроизмеения - поования в Изобретение относитсяел ьной технике.Цель изобретения - попреобразования в обла к электроизмеышение точноти низких чассти тот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.Преобразователь содержит операционный усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2. разрядную цепь 3, аналоговый сумматор 4, неинвертирующий усилитель 5, первый и второй резисторы 6 и 7, фильтр 8 нижних частотблок 9 выборки-хранения, управляемый генератор 10 импульсов, блок 11 дифференцирования.К входу 12 устройства подключены первый вывод резистора 6, первая обкладка конденсатора 2 и вход усилителя 5. К выходу 13 преобразователя присоединены вторая б ладка конденсатора 2, первый вывод це 3, выход сумматора 4, вход блока 11 и вход блока 9, К, выходу усилителя 5 подключены первый вывод резистора 7 и инвертирующий вход усилителя 1, вторые выводы резисторов 6 и 7 соединены с вторым вывостот, Преобразователь сонный усилитель (ОУ) 1, иннденсатор 2, разрядную ый сумматор 4, блок 9 выВведение неинвертирую, фильтра 8 низких частот, нератора 10 импульсов, енцирования и резисторов т уменьшение погрешноограниченным коэффиция ОУ, при сохранении еских характеристик устобласти низких ча держит операцио тегрирующий ко цепь 3, аналогов борки-хранения. щего усилителя 5 управляемого ге блока 11 диффер 6, 7 обеспечивав сти, связанной с ентом усилени высоких динамич ройства. 2 ил. дом цепи 3. К выходу блока 11 подключенвход генератора 10, выход которого соединен с входом стробирования блока 9. Выходблока 9 через фильтр 8 подключен к второмувходу сумматора 4, к первому входу которого подключен выход усилителя 1. Вход уп- равления цепи 3 соединен с входом 14"Сброс" устройства,евайНеинвертирующий усилитель 5 содер- ,жит операционный усилитель 15 и два рези- цстара 16 и 17. Неинвертирующий входусилителя 15 подключен к входу усилителя5, к инвертирующему входу усилителя 15присоединены первые выводы резисторов16 и 17, их вторые выводы подключены со- С)ответственно к общей шине преобразователя и выходу усилителя 15, выход последнегосоединен с выходом усилителя 5.ЙРазрядная цепь 3 может быть выполнена на аналоговом ключе или на программируемом усилителе, вход которого соединенс выходом 13 электрометрического преобразователя, выход - с вторыми выводамирезисторов 6 и 7, а вход управления - свходом 14 "Сброс".д оусилителя 5 после заЛ = Хвх Хвыхфгде Хвх, Х, - входнопреобразователя,Р - каэффициЕнцательной обратнойТак как Хвоях= Ьциент усиления неинтеля 5, тоХвхЛ == --+ К 1 К 5 Р Электрометрический преобразователь функционирует следующим образом. После подачи питающих напряжений вследствие переходных процессов в схеме выходное напряжение 01 з электрометрического преобразователя отлично от нуля, конденсатор 2 заряжен до некоторого уровня (фиг. 2 а, интервал времени 0-11). В момент времени 11 на вход 14 "Сброс" поступает команда начальной подготовки, длительность которой определяется интервалом времени т - т 2 (фиг. 2 б), при этом разрядный ключ 3 замыкается и вторые выводы резисторов 6 и 7 соединяются с выходом электрометрического преобразователя, Происходит разряд конденсатора 2, Так как выходное сопротивление сумматора 4 значительно меньше сопротивления резистора 7, выходной сигнал неинвертирующего усилителя 5 практически не оказывает влияния на разряд конденсатора 2. После окончания команды начальной подготовки устройство готово к проведению измерений,В момент времени тз на вход электро- метрического преобразователя поступает преобразуемый сигнал Ох (фиг. 2 в). Выходной сигнал 01 з скачкообразно изменяется, его форма соответствует форме входного сигнала, На вход стробирования блока 9 выборки-хранения поступают импульсы 01 о (фиг, 2 д) с выхода генератора 10, частота которых пропорциональна скорости изменения напряжения 01 з, на выходе блока 9 формируется напряжение 09(фиг. 2 е). К моменту времени т 4 выходное напряжение операционного усилителя 1 практически достигает выходного уровня преобразователя. Входное напряжение 01 (фиг. 2 ж) усилителя 1 определяется выходным сигналом 08 (фиг. 2 г) фильтра 8 и выходным сигналом 01 з:01 = (08-013)/К 1где К 1 - коэффициент усиления усилителя 1.В момент времени т 5 в блок 9 записывается сигнал, уровень которого практически равен текущему уровню выходного напряжения преобразователя.Вхо н й сигнал Ь неинвертирующегописи сигнала равен й и выходной сигналыт передачи цепи отри- связи.К 1 К 5, где К 5- коэффивертирующего усили 25 30 40 45 50 55 5 10 15 20 Если входной сигнал Х, не успевает измениться до второго импульса с выхода генератора 10, входной сигнал й после прихода второго стробирующего импульса на блок будет определяться по формулед Х вх К 1 К 5 11 + к 1 к, Р;1 + к, к, ,Аналогично после третьего импульса управляемого генератора 10Х вх К 1 К 5 1 21+К 1 КЩ( 1+К 1 К 5После и тактов и неизменной величине входного сигнала электрометрического преобразователя приведенный входной сигнал Лп неинвертирующего усилителя 5 определяется по формулеХ вх г 1 КК 5 1 п - 11 .К 1 к 5 Д 11 .ккгАнализ формулы показывает, что при единичной обратной связи и коэффициенте усиления тракта К 1 К 5 = 40, после поступления трех импульсов с генератора 10 приведенный сигнал составляет Ьз = 10 5 Л, где Ло - входной сигнал неинвертирующего усилителя 5 без введения корректирующего сигнала с выхода блока 9. Таким образом, при усилении медленно меняющихся сигналов (т.е. сигналов, верхняя граничная частота которых значительно. меньше частоты выходных сигналов генератора 10 импульсов) результирующий коэффициент усиления в десятки и сотни раз превышает коэффициент усиления тракта преобразования, т.е. введение корректирующего сигнала с выхода блока 9 выборки- хранения позволяет уменьшить погрешность, связанную с ограниченным коэффициентом усиления операционного усилителя 1.Формула изобретения Электрометрический преобразователь малых токов и зарядов, содержащий операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, первая обкладка которого соединена с входом преобразователя, а вторая обкладка - с первым выводом разрядной цепи и входом блока выборки-хранения, вход управления разрядной цепи подключен к входу "Сброс" преобразователя, аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выход - с выходом преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования в области низких частот, в него введены неинвертирующий усилитель, фильтр нижних частот, управляемый генератор импульсов, блок дифференцирования и два резистора, причем с входом преобразователя соедине 1656470ны вход неинвертирующего усилителя и первый вывод первого резистора, выход неинвертирующего усилителя подключен к первому выводу второго резистора и инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы резисторов соединены с вторым выводом разрядной цепи, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к входу, блока дифференцирования и выходу устройства, выход блока дифференцирования через управляемый генератор импульсов подключен к входу стро бирования блока выборки-хранения, выходкоторого через фильтр нижних частот подключен к второму входу аналогового сумматора.