Преобразователь ток-напряжение

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 2609 ВО (21) 2985541/18-21 РМ.Кп,з 6 01 В 19/00 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОК-НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к электро- измерительной технике, а именно к измерительным преобразователям токнапряжение и может найти применение в устройствах контроля статических параметров электронных изделий.Известны преобразователи ток-напряжение, содержащие блок измерительных резисторов для преобраэовайия тока в напряжение, ключи для переключения диапазонов преобразования.тока, связанные с измерительными резисторами, измерительныйяовторитель напряжения и повторительвыходного напряжения, выход которого соединен с выходом преобразователя С 13Недостатком известных преобразователей является их сложность, обусловленная наличием большого числа измерительных резисторов, имеющих нормированные значения сопротивления в диапазоне температур.Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является преобразователь ток-напряжение, содержащий повторитель выходного на-пряжения, выходом соединений с выводом выходного потенциала преобразователя, измерительный. повторитель напряжения, блок ключей, входомсоединенный с токовым входом преобразователя, и блок измерительных реэисторов измерительный вывод котоУрого соединен с входом измерительного повторителя напряжения, токовый выход соединен с входом повторителя выходного напряжения и с токовым выходом преобразователя, атоковые входы соединены с выходамиблока ключей 121.Недостатком известного преобразователя является его сложность,связанная с наличием большого числаобразцовых измерительных резисторовс нормированными значениями сопротивления, а также значительная погрешность преобразователя при использовании в качестве измерительныхрезисторов с малой погрешностьюкоэффициентов отношения значенийсопротивлений.Цель изобретения - упрощение иповышение точности преобразователя,Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь ток-напряжение, содержащий повторительвыходного напряжения, выходом соедкненный с выводом выходного потенциала преобразователя, иэмеритель 978055ный повторитель напряжения, блокключей, входом соединенный с токойычвходом преобразователя, и блок измерительных резисторов, измерительныйвывод которого соединен с входомизмерительного повторителя напряжения, токовый выход соединен с входомповторителя выходного напряжения ис токовым выходом преобразователя,а токовые входы соединены с выходами блока ключей, дополнительно введены первый и второй дифференциальные усилители, неинвертирующие входы которых соединены с выходомповторителя выходного напряжения,образцовый резистор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, а другой - связан с его выходом, корректирующий резистор., одним выводом соединенный с выходомизмерительного повторителя напряжения, а другим - связанный с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя, и цепь из последовательно соединейныхпервого ивторого масштабных резисторов, одинвывод которой соединен с выходомпервого дифференциального усилителя,,другой - подключен к выходу второгодифференциального усилителя и выводу выходного потенциала преобразователя, а общий вывод соединениярезисторов цепи. связан с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, причем коэффициентыотношения сопротивления корректирующего резистора к сопротивлениямизмерительных резисторов блока измерительных резисторов и коэффициентотношения сопротивлений масштабныхрезисторов имеют нормированнуюотносительную погрешность. На чертеже представлена функциональная электрическая схема преобразователя ток-напряжение,Преобразователь ток-напряжениесодержит повторитель 1 выходногонапряжения, измерительный повторитель2 напряжения, блок 3 ключей, блок4 измерительных резисторов, первый.и второй дифференциальные усилители 5 и б, образцовый резистор 7,Блок 3 ключей состоит из ключей8;11, число которых, в общем случае,равно, числу диапазонов преобраэоваия, Блок 4 измерительных резистов состоит из измерительных резисторов 12-15, число которых в общемслучае, также равно числу диапазонов преобразования, корректирующегорезистора 16 и. цепи 17, из последовательно соединенных первого ивторого масштабных резисторов 18 и19.При этом, блок 4 измерительных. фЬэисторов токовыми входами 20-23Преобразователь ток-напряжение40 работает следующим образом. Преобразуемый ток с токового входа 24 преобразователя через блок 3ключей, например, через открытыйключ 8 вйбранного диапазона (остальные.ключи 9-11 закрыты) и соответственно, через измерительные резисторы 12-15 поступают на токовый выход 26 преобразователя, образуя на измерительных резисторах 12-15 падение напряжения, пропорциональное протекающему значению тока и значению сопротивления измерительныхрезисторов. Образующийся на токовомвыходе 25 блока 4 измерительных резисторов электрический потенциалчерез повторитель 1 выходного напряжения поступает на неинвертирующиевходы первого и второго дифференциальных усилителей 5 и б и на вывод27 выходного напряжения преобразова теля. Образующийся на измерительномвыводе 28 блока 4 измерительныхрезисторов электрический потенциалчерез измерительный повторитель 2напряжения поступает на один иэ выводов корректирующего резистора 16,0 15 20 25 30 3 через ключи 8-11 блока 3 ключейсоединен с токовым входом 24 устройства, токовым выходом 25 соединенс токовым выходом 26 устройстваи с входом повторителя 1 выходногонапряжения, выход которого соединен с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей 5 и б и с выводом 27 выходного потенциала устройства. Измерительный вывод 28 блока 4 измерительныхрезисторов соединен с входом иэмерительного повторителя 2 напряжения, выход которого через корректирующий резистор 16 соединен с одним выводом образцового резистора 7 и с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя 5, выход которого соединен с другим выводом образцового резистора 7 и с первым выводом цепи 17 иэ последовательно соединенных масштабных резисторов 18 и 19. Средний вывод цепи 17 соединен с инвертирующим входом второгодифференциального усилителя б, выход которого соединен с вторым выводом цепи 17 и с выводом измерительного потенциала 29 устройства.Образцовый резистор 7 имеет нормированную относительную погрешностьзначения сопротивления.Коэффициенты отношения сопротивления корректирующего резистора 16 к сопротивлениям измерительных резисторов,12-15 и коэффициент отношения сопротивлений масштабных резисторов 18 и 19 имеют нормированную относительную погрешность от ихноминальных значений.978055 Формула изобретения Так как первый дифференциальный усилитель 5 работает в режиме инверФирующего усилителя, то его инвертирующий вход эквипотенциален его неинвертирующему входу. Таким образом, к корректирующему резистору 16 оказывается приложенным электрическое напряжение, равное падению напряжения на измерительных резисторах 12-15 от протекающего через них преобразуемого тока, и следовательно, ,значение тока, протекающего черезкорректирующий резистор 16, пропорционально значению преобразуемого тока и обратно пропорционально коэффициенту отношения значения сопротивления этого резистора 16 к значению сопротивления измерительных резисторов 12-15, выбранного диапазона преобразования. Ток, протекающий через корректирующий резистор 16, компенсируется на инвертирующем входе первого дифференциального усилителя 5 током, протекающим по цепи его обратной связи через образцовый резистор 7, при этом на выходе первого дифференциального усилителя б образуется электрическое напряжение обратной полярности по отношению к полярности напряжения на измерительном выводе 28 блока 4 измерительных резисторов, прямо пропорциональное значению преобразуемого тока и значению сопротивления образцового резистора 7 и обратно пропорциональное коэффициенту отношения значения сопротивления корректирующего резистора 16 к значению сопротивлений измерительных резисторов 12-15 выбранного диапазона преобразования. Выходное напряжение с первого дифференциального усилителя 5 инвертируется вторым дифференциальным усилителем б с коэффициентом передачи, определяемым значением коэффициента отношения значений сопротивлений второго и первого масштабирующих резисторов 19 и 18 и поступает на выводы 29 измерительного потенциала устройства.1Так как сопротивление образцового резистора 7, а также коэффициен.ты отношения сопротивления корректи" рующего резистора 16 к сопротивлениям .измерительных резисторов 12-15 и коэффициент отношения сопротивлений первого и второго масштабных резисторов 18 и 19 имеют нормированную относительную погрешность, то, в конечном итоге, значение электрического напряжения, образующегося между выводом выходного потенциала 27 устройства и выводом измеритель" ного потенциала 29 устройства, оказывается пропорциональным значению измеряемого тока и коэффициенту, значение которого определяется вы-,бранным диапазоном преобразования,а относительная погрешность нормирована относительно номинального значения. Таким образом, преобразование тока в напряжение осуществляется с погрешностью, которая не зависит от относительных погрешностейсопротивления измерительных резисторов 12-15, которые могут быть значительными, а определяется погрешностью коэффициентов отношений сопротивлений указанных корректирующегорезистора 16, измерительных резисторов 12-15 первого и второго масштабных резисторов 18 и 19, которая 15 существенно меньше относительнойпогрешности сопротивлений резисторов,достигаемой, например, при их выполнении методом интегральной технологии, что повышает точность преоб разования тока.Работа преобразователя нж другихдиапазонах преобразования тока внапряжение происходит аналогично,причем выбор диапазона преобразова ния осуществляется замыканием соответствующего ключа в блоке 3 ключей.Введение в преобразователь токнапряжение двух дифференциальныхусилителей, образцового резистора, 30 корректирующего резистора, коэффициент отношения сопротивления которого к сопротивлениям измерительныхрезисторов имеет нормированную относительную погрешность, и двух 35 мастабных резисторов, коэффициентотношения сопротивлений которых также имеет нормированную относительнуюпогрешность, позволяет повысить точность преобразования тока, а также 40 упростить преобразователь за счетиспользования в качестве измерительных резисторЬв - резисторы , коэффициент отношения сопротивлений которых к сопротивлению корректирующегорезистора имеют нормированную относительную погрешность.Предлагаемый преобразователь нетребует подстройки коэффициентовпреобразования тока - в процессе экс плуатации и при изменении температуры окружающей среды.Выполнение преобразователя ввиде гибридной интегральной схемыпозволяет уменьшить габариты преоб Преобразователь ток-напряжение, 4 Е содержащий повторитель выходногонапряжения, выходом соединенный с выводом выходного потенциала преобразователя, измерительный повторитель напряжения, блок ключей, входом сое- ЬЗ диненный с токовым входом преобразо978055 ВНИИПИ Заказ илиал ППП "Пат г.ужгород,ул.Проектна вателя, и блок измерительных резисторов, измерительный вывод которогосоединен с входом измерительногоповторителя напряжения, токовый выход соединен с входом повторителявыходного напряжения и с токовымэыходом преобразователя, а токовыевходы соединены с выходами блокаключей, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью упрощения и повышения точности, дополнительно введе".ны первый и второй дифференциальные усилители, неинвертирующие входыкоторых соединены с выходом повторителя выходного напряжения, образцовый резистор, один вывод которогосоединен с инвертирующим входом первого дифференциального усилителя,а другой - связан с его выходом, корректирующий резистор, одним выводомсоединенный с выходом измерительногоповторителя напряжения, а другимсвязанный с инвертирующим входомпервого дифференциального усилителя,и цепь из последовательно соединенных первого и второго масштабныхрезисторов, один вывод которой соединен с выходом первого дифференциального усилителя, другой - подключенк выходу второго дифференциальногоусилителя и выводу выходного потенциала преобразователя, а общий вывод соединения резисторов цепи связан с инвертирующим входом второгодифференциального усилителя, причемкоэффициенты отношения сопротивлениякорректирующего резистора к сопротивлениям измерительных резисторовблока измерительных резисторов икоэффициент отношения сопротивлений15 масштабных резисторов имеют нормированную относительную погрешность.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЩ по заявке Р 2675148/21,кл. 6.01 й 19/00, 1978.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 267150 б/21,кл. 6 01 К 19/00, 1978.