Цифровой мост переменного тока

ж ,нхоф.у Союз Советских Социалистицеских Республик)М Кле б 01 К 1710 осударстеенный комитет СССР оо делам нзооретеннй н открытий(72) Авторы изобретеииЗаявител рдена Ленина институт проблем управлени(54) ЦИФРОВОЙ М ЕРЕМЕННОГО 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, переключающими образцовые конденсаторы 11.Наиболее близким по технической .сушности к данному изобретению является цифровой мост с компенсацией сопротивлений замкнутых ключей, содержащий генератор переменного тока, блок управления и измерительную цепь, например сопряженный мост Шеринга, в котором один из дискретных 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 разно- полярными сигналами, подаваемыми на управляюшие входы этих ключей, а к обшей точке каждого из этих ключей и переключаемых или образцовых конденсаторов подключен первый переключающий вход вспомогательного ключа, например, аналогично соответствуюгцему ему клкэчу, переключающему образцовый конденсатор, причем управляюшие входы этих ключей объединены 21.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 в точности измерения и расширение диапазона частот питания измерительной цепи.Поставленная цель достигается тем, чтоцифровой 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, составленны из образцовых конденсаторов и основных ключей, управляющие входы которых через разделительные диоды соединены с выходами блока управлений и через балластные с выходом повторителя напряжения, а к общим выводам каждого из основных клю20 значение г, должно быть во столько раз меньше К, во сколько Сбольше С.В устройстве используется лишь одинконденсатбр; значение емкости которого может быть выбрано как угодно малым, лишь бы в соответствии с выражением (2) оставалось постоянным произведение КС. Таким образом, "реализованная предлагаемым образом компенсация будет частотонезависизю 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 точкизрения граничных режимов транзисторных ключей 15, 16, например, может быть превышено допустимое значение напряжения база-коллектбр, а еслИ применяются спаренные транзисторные, ключи, то база-эмиттер.Кроме того может оказаться превышенным 45 запирающее напряжение база-эмиттер, подаваембе на управляющие входы ключей, в результате чего (в Ванном 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, д 16 и общей точкой ключей 9, 10.Технико-экономическая эффективностьпредлагаемого устройства определяется повышением точности измерения, увеличением чей и каждого из образцовых конденсаторов подключен первый вход дополнительногоключа, йричем управляюшйе входы основных и дополнительных ключей объединеныснабжен дифференцируюшим 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 - совто" =рым входом одного из дополнительных ключей, при этом между вторым выводом каж" = "дого дополнительного ключа и выводом сое диненного с ним образцового резистора иобщими выводами основных ключей подключены два встречно-параллельно включенных диода.На фиг, 1 показана структурная схемамоста.Устройство содержит блок управления 1,вход которого соединен с выходом измерительной цепи 2, в частности моста Шеринга, вкл 1 очаюшего в себя объект измерения 3, орган выбора поддиапазона 4, орган уравно"вешивания в виде регулируемой проводимости 5 и шунтированный резистором 6 дискретный орган уравновешиванйя;"вьгполненный в виде параллельно включенных цепочек составленных из образцовых конденсаторов 7, 8 И переключающйх их трайзисторных ключей 9, 10, коммутируемых разнопо" лярными сигналами, подаваемыми с блокауправления 1, который соединен также с" у 1 травляющим 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 уйравляюшие 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 20с емкостью С на входе и резистором 21 с сопротивлением й в обратной связи, вход- - которого соединен с выходом повторителянапряжения 22.Устройство работает следующим образом.Балансировка измерительной цепи 2 осуществляется блоком управления 1 посредством 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" "йряженияслужат для компенсации остаточных сопротивлений замкнутых ключей 9, 10.Для пояснения механизма компенсациина фиг, 2 изображен образцовый конденсатор 7 с емкостью с, с замкнутыми ключами 9 и 15, имеющими остаточные сопротивления соответственно ги г и цепочка компенсации сопротивления г, составленная из ре зистора 17 с сопротивлением , дифференцирующего устройства 19 и повторителя напряжения 22, вход которого подсоединен к общей точке образцовых конденсаторов, на которой имеет место напряжение 11Если обознать остаточное напряжение на г, через 1.1-, то тогда эквивалентное (скомпенсированное) значение остаточного сопротивления замкнутого транзисторного ключа 9 будет равно квВ 0)1 сДля того чтобы г = 0 необходимо, чтобы Ц = О, а последнее согласно фиг. 2 будет иметь место, если будет выполняться соотношение м.ъ В я 15Й)то есть, если отбросить поправку г 4 то,Баая Составите ова Техред О, Л Тираж 1080 ПИ Государственного делам изобретений Москва, Ж - 35, Рауш П Патенть, г. Ужгортин Редактор М. ТрофЗаказ 2435/41ЦНИ рова КорректорПодписноеСССРтийб., д. 4/5Проектная 4 омитет откры ская н д, ул. 113035,филиал П 3круга решаемых спомощью данного моста измерительных задач 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 клю 6чей 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 уст ройства, а каждый из вторых выводов - совторым входом одного из дополнительных ключей, при этом между вторым выводом каждого дополнительного ключа и выводом соединенного с ним образцового резистора и общим выводами основных ключей подключены два встречно параллельно включенных диода.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР329827, кл. б 01 К 17(10, 1974.2. Кнеллер В. Ю. и др. Автоматическиеизмерители комплексных величин с координированным уравновешиванием, М., 1975, с. 115.