Потенциометр

ОПИСАН Н АВТОРСКОМ Е ИЗ ТЕНИ Бю ов7.2(088.8)свидетельст01 К 17/20Кочан В.кой погрешнерительная во СССР1974А, Об изм ости поте техника,ь использо рецизионны ов напряГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПНТ СССР(57) Изобретение может бвано для построения схемпотенциометров, калибрат жения, в циФроаналоговых преобразователях в качестве Формирователя напряжения, Цель изобретения - повышениеточности измерения и уменьшение габаритов - достигается введением в потенционетр на каждый декадный переключатель 12,13 операционного усилителя38,39 с полевым транзистором 40, 41 иопорного резистора 42,43 соответственно и ряда стабилитронов. В потенциометре имеется также декада с положением токов, состоящая из ряда декадныхрезисторов и ряда декадных переключателей 12, 13, источник 37 опорногонапряжения и источник 36 питания.1 ил.ИзоЬретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения схем прецизионных потенциометров, калибраторов напряжения, особенно портативных, и в цифроаналоговых преобразователях и других устройствах в качестве формирователя напряжения.Цель изобретения - повышение точности измерения и уменьшение габаритов за счет исключения перераспределения токов при перемещении подвижноГо контакта и отсутствия бросков напряжения, а также за счет уменьшения ко личества прецизионных резисторов и применения стаЬилизаторов тока.На чертеже представлена принципиальная схема двухразрядного потенциометра.Потенциометр состоит из декады 1 ; с наложением токов, состоящей из ряда последовательно соединенных декадных резисторов 2-11 с рядом декадных переключателей 12,13 (по одному на каждый разряд), содержащих неподвижные контакты 14-24 и 25-35 соответственно декады 12 и 13, нечетные из которых 14, 16, 18, 20, 22, 24 - декады 12 и 25, -"7,29,31,33,35 - декады 13, соединены с соответствующими выводами декадных резисторов 2-11, источника 36 питания, ,источника 37 опорного напряжения, по одному на каждый декадный переключатель 12-13 операционному усилителю 38, 39 с полевым транзистором 40,41 и опорным резистором 42,43 ряда стаби литронов 44-53, каждый из которых включен между соответствующим четным15,1723 (в декаде 12), 26,2834 (в декаде 13) неподвижным контактом соответствующего декадного переключа теля 12, 13 и соответствующим выводом ряда декадных резисторов 2-11. Полярность включения каждого стабилитрона должна быть такой чтобы при установке подвижноГо контакта соответствующе го декадного переключателя на неподвижный контакт, соединенный сс стабилитроном, по стабилитрону протекал ток в направлении, в котором стабилитрон стабилизирует напряжение, .10Первые выводы всех опорных резисторов соединены с одним полюсом источника питания (плюсом), Второй вывод каждого опорного резистора соединен с..5истоком соответствующего полевого транзистора (резистор 42 - с истокомполевого транзистора 40, резистор 13 с исоко полевого транзистора 41) и с инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя (резистор 42 - с входом усилителя 38, резистор 43 - с входом усилителя 39) . Выводы питания операционных усилителей 38,39 соединены с соответствующими полюсами источника 36 питания. Вток каждого полевого транзистора 40 и 41 соединен с подвижным контактом 25, 26 соответственно переключателя 12 и 13. Затвор каждого полевого транзистора 40 и 41 соединен с выходом соответствующего операционного усилителя 38,39. Выходное компенсационное напряжение снимается с крайних выводов (соединенных с контактами 14 и 24) последовательно соединенных декадных резисторов 2-11, один из которых (соединенный с контактом 14) соединен со средним выводом1 источника 36 питания. Источник 37 опорного напряжения одним полюсом (минусом) соединен с клеммой соединения всех опорных резисторов 42 и 43, а вторым полюсом (плюсом) - с неинвертирующим входом операционного усилителя 39, соответствующего старшему разряду. Неинвертирующий вход каждого операционного усилителя 38 и 39, кроме операционного усилителя старшего разряда 39, соединен с вторым выводом опорного резистора 43 старшего разряда.Потенциометр работает следующим образом.Напряжение от источника 37 опорного напряжения приложено между однимФ выводом (минусом) источника 36 питания, соединенным с первым выводом опорных резисторов 42 и 43, и неинвертирующим входом операционного усилителя 39 старшего разряда. Выходное напряжение операционного усилителя 39, управляя через затвор полевым транзистором 41, стремится сделать потенциал инвертирующего входа равным потенциалу неинвертирующего входа (точность установки потенциала инвертирующего входа зависит от качества используемого операционного усилителя-коэффициента усиления, напряжения смещения). Ток истока полевого транзистора 41 в этом случае (если пренебречь входным током операционного усилителя 39) будет равен отношению напряжения источника 37 опорного напряжения к сопротивлению опорного резистора 43. На сток полевого транзистора 41 ток поступает от среднего вывода источника 36 питания через часть декадных реэисторов 2-11, которые включены между средним выводом источника 36 питания и неподвижным контактом декадного пе" реключателя 13, на котором в конкретный момент времени установлен его под 5 вижный контакт. От прохождения тока по декадным резисторам 2-11 образуется падение напряжения, которое снимается с крайних выводов, соединенных с контактами 14 и 24, последовательно соединенных декадных резисторов 2+11. Это напряжение численно равно произведению проходящего тока на суммарное сопротивление включенной части резис торов 2-11. А так как ток стока практически равен току истока, то образованное на вь 1 ходе потенциометра напряжение можно определить как произведение напряжения источника 37 опорного 20 напряжения на отношение сопротивления опорного резистора 43 к сопротивлению части включенных резисторов 2-11. Аналогично работает младший разряд, включающий в себя операционный усилитель 25 38, полевой транзистор 40, опорный резистор 42, декадный переключатель 12. Источником опорного напряжения младшего разряда служит напряжение, снимаемое с опорного резистора 43 З 0 старшего разряда. При одновременной работе обоих разрядов выходное напряжение потенциометра равно сумме напряжений, образованных прохождением токов всех разрядов.Когда подвижный контакт старшего35 разряда-переключателя 13 установлен на неподвижный контакт 35, а подвижный контакт младшего разряда-переключателя 12 при переключении замыкает одновременно контакты 23 и 24, стабилитрон 48 оказывается включенным параллельно резистору 11, напряжение на котором всегда меньше напряжения ста-билитрона 48 (номинальное напряжение 45 одной ступени старшего разряда всегда не превышает 1, В, а напряжение стабилизации у стаЬилитронов обычно значительно больше), Поэтому стабилитрон 48 закрыт (не проводит ток) и не оказывает шунтирующего действия на резистор 11, вызывающего изменение выходного напряжения, соизмеримое со ступенью переключаемой декады (разряда). Выходное напряжение в этот момент такое же, как в момент, когда подвижный кон" такт декадного переключателя 12 соединен только с неподвижным контактом 24. Что касается погрешности, вноси 1539 ббй6мой в этот переходной момент стабилитроном (шунтированием током закрытогостабилитрона), то ее рассматривать каквлияющую на результат измерения неследует, так как отсчет при измерениипроизводят после окончания переключения, Если бросок напряжения от шунти-,рования стабилитроном декадного резистора составит даже 10/ от ступенипереключаемой декады, то это приемлемо во всех случаях. Когда поцвижныйконтакт декадного переключателя 12установится на неподвижном контакте23, то резистор 11 перестанет шунтировать стаЬилитрон 48 и напряжениена стаЬилитроне от прохождения по нему тока стока полевого транзистора 40станет равным напряжению стабилизацииэтого стабилитронаВыходное напряжение потенциометра при этом будет меньше на одну ступень декадного переключателя 12, чем в предыдущем положенииподвижного контакта (на контакте 24),Если теперь при дальнейшем переключении подвижный контакт переключателя12 замыкает одновременно контакты 23и 22, то стабилитрон 48 при этом оказывается включенным параллельно декадному резистору 1 О, но в направлении,противоположном режиму стабилизациистабилитрона 48; Поэтому стаЬилитронне проводит ток, не оказывает шунтирования резистору 10 и выходное н пряжение потенциометра соответствует напряжению при положении подвижного контакта на неподвижном контакте 22.Аналогично работает потенциометрпри перемещении подвижного контакталюбого декадного переключателя прилюбом положении непереключаемых в этотмомент декадных переключателей. Следо,вательно, при любом переключении декадных переключателей потенциометрана одну ступень выходное напряжениебудет изменяться скачком, равным одной ступени переключаемого переключателя. РаЬочий ток каждого разряда независит от положения какого-либо декадного переключателя и от качестваконтактов в декадных переключателях(переходного сопротивления и термоконтактной ЭДС), а зависит лишь от напряжения источника опорного напряжения,сопротивления опорного резистора и качества операционного усилителя (напряжения смещения, входного тока).Поэтому в потенциометре отсутствуетметодическая погрешность, вызваннаяперераспределением токов (как в про - тотипе) при перемещении подвижного контакта и отсутствуют броски напряжения, превышающие напряжение ступени переключаемого разряда. Исключение методической погрешности повышает точность потенциометра, а устранение бросков напряжения позволяет производить измерение вариации проверяемых 1 О приборов (милливольтметров автоматических потенциометров) при использовании компенсационного напряжения потенциометра в качестве источника калиброванных напряжений, когда требуется плавным (или с заданной дискретностью) изменением калиброванного напряжения подводить стрелку поверяемого прибора к оциФрованной отметке справа и. слева. В прототипе при выполнении этой операции броски напряжения, заключающиеся в уменьшении выходного напряжения в момент переключения, практически дают всегда подвод стрелки к оциФрованной отметке только 5 слева, т,к. выбросы напряжения направ" лены в сторону уменьшения напряжения и не плавно, что приводит к ложному измерению вариации, т.е. к погрешности измерения вариации. Кроме того, от о сутствие бросков напряжения при измерении в момент уравновешивания повышает точность отсчета по нулевому прибору и быстродействие измерения, исключается также опасность повреждения нулевого прибора перегрузкой от бросков.Выходное напряжение потенциометра снимается с крайних выводов декадных резисторов, а термоЭДС в контактах декадных переключателей совершенно не влияет на результат измерения (в прототипе такое влияние имеется), т,е. не вызывает погрешности, следовательно, повышает точность по сравнению с 4 прототипом.Уменьшение габаритов потенциометра достигается, во-,первых, за счет того, что по методу наложения токов выполнены все разряды (т,е. за счет уменьшения количества прецизионных резисторов), включая старшие (в прототипе сделать это нельзя из-за методической погрешности и бросков напряжения), во-вторых, за счет значительного уменьшения габаритов декадных пе 55 реключателей, которое стало возможным благодаря исключению практически всех требований к качеству переходных контактов переключателей (к переходному сопротивлению, вариации его и к термоконтактным ЭДС) путем применения стабилизаторов тока.Формула изобретения Потенциометр, содержащий декаду сналожением токов, состоящую из рядапоследовательно соединенных декадныхрезисторов с рядом декадных переключателей, неподвижные контакты каждогоиз которых соединены с соответствующими выводами декадных резисторов, источник опорного напряжения, источник питания, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью уменьшения габаритови повышения точности, в него введеныпо одному операционному усилителю сполевым транзистором и опорным резистором на каждый декадный переключатель, ряд стабилитронов, каждый иэ которых включен между соответствующимчетным неподвижным контактом соответствующего декадного переключателя исоответствующим выводом ряда декадныхрезисторов, при этом первые выводывсех опорных резисторов соединены содним полюсом источника питания, второй вывод .каждого опорного резисторасоединен с истоком соответствующегополевого транзистора и с инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя, выводы питания опера"ционных усилителей соединены с соответствующими полюсами источника питания, сток каждого полевого транзистора соединен с подвижным контактом соответствующего декадного переключателя, затвор каждого полевого транзистора соединен с выходом соответствующего операционного усилителя, источникопорного напряжения одним полюсом соединен с первыми выводами всех опор;ных резисторов, а вторым полюсом - снеинвертирующим входом операционногоусилителя, соответствующего старшемуразряду, неинвертирующий вход каждого последующего операционного усилителя соединен с вторым выводом опорного резистора старшего разряда, причемклеммы выходного компенсационногонапряжения соединены с крайними выводами последовательно соединенных де"кадных резисторов соответственно,один из которых соединен с вторым выводом источника питания или со средним его выводом,