Масштабирующее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 3672 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ нскии,ируюного55нногое и ип),ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Прянишников В.А. Интещие цифровые вольтметры постоятока. Л., "Энергия", 1976, с.2. Вольтметр цифровой постотока Щ 1611, техническое описанинструкция по эксплуатации, .ЗЛА 399,057 ТО, с. 41-49 (прото(54)(57 ) 1, ИАСШТАБИРУОЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее три ключа, два делителя напряжения, усилитель и генертор управляющих импульсов, причемвысокопотенциальный вход устройствасоединен с первым выводом первогоключа и через второй ключ связан спервым выводом перового делителя напряжения, второй вывод которого соединен с низкопотенциальным входомустройства и средним выводом второгоделителя напряжения, средний выводпервого делителя напряжения черезтретий ключ подключен к первомувходу усилителя, второй вход которо.го соединен с низкопотенциальнымвыходом усилителя и с первым выводом второго делителя, подключеннымвторым выводом к высокопотенциальному выходу усилителя, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом генератора управляющих импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключей подключены к второму выходу генератора упраляющих импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, причем второй вывод первого ключа через четвертый ключ соединен с низкопотенциальным входом устройства и через последовательно включенные пятый и шестой ключи подключен к первому входу усилителя, общий вывод пятого и шестого ключей Я через седьмой ключ соединен с вторым входом усилителя, причем управляющие входы пятого и шестого ключей подключены к первому выходу генератора управляющих импульсов, а управляющие входы четвертого и седьмого ключей соединены с вторым выходом генератора управляющих импульсов.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона в область высоких напряжений, первый ключ выполнен из последовательно включенных ключей, параллельно каждому изкоторых включен шунтирующий резистор, а управляющие входы всех ключей соединены с управляющим входом первого ключа.Изобретение относится к аналоговойеыцислительной технике и может батьиспользовано для построения аналоговыхючислительных устройств.Известно масштабирующее устройство, содержащее делитель напряжения,четыре ключа, усилитель и звено обратной связи 1", 1 3Недостатком этого устройства является сравнительно низкое входное 10сопротивление на всех пределах, вызванное шунтирующим действием входного резистиеного делителя, "постоянно присоединенного параллельно входным клеммам устройства.15Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсямасштабирующее устройство, содержащее три ключа, делитель напряжения,усилитель, звено обратной связи и 20схему управления, причем высокопотенциальный вход масштабирующего устройства через первый ключ связан спервым входом усилителя и черезвторой ключ - с высокопотенциальным 25входом делителя, низкопотенциальныйвход которого соединен с низкопотенциальным входом устройства и первым выходом звена обратной связи,выход делителя через третий ключсвязан с первым входом усилителявторой вход которого соединен совторым выходом звена обратной связи, высокопотенциальный и низкопотенциальный выходы усилителя соединеныс одноименными входами звена обратно35связи и являются одноименными выходами устройства, управляющий вход первого ключа соединен с первым выходомсхемы управленйй, управляющие входы40второго и третьего ключей соединенысо вторым выходом схемы управле"ния 1.23,Недо стат ком этого устрой ст ва я вляется понижение точности, связанное 45с конечным и не постоянным сопротивлением изоляции разомкнутого пер, вого ключа, которое шунтирует верхнеевысокоомное плечо входного делителя.Целью изобретения является повышение точности,Цель достигается тем, что в масштабирующее устройство, содержащеетри ключа, деа делителя напряженияlусилитель и генератор управляющих 55импульсов, причем высокопотенциапьныйвход устройства соединен с первымвыводом первого ключа и через второй ключ связан с первым выводом первого делителя напряжения, второй выводкоторого соединен с низкопотенциальным входом устройства и средним выводом второгоделителя напряжения,средний вывод первого делителя напряжения через третий ключ подключенк первому входу усилителя, второйвход которого соединен с низкопотен.циальным выходом усилителя и с первым выводом второго делитедя, подключенным вторым выводом к высокопотенциальному выходу усилителя,управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом генераторауправляющих импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключейподключены ко второмо выходу генератора управляющих импульсов, введенычетвертый, пятый, шестой и седьмойключи, причем второй вывод первогоключа через четвертый ключ соединенс ниэкопотенциальным входом устройства и через последовательно включенные пятый и шестой ключи подключенк первому входу усилителя, общийвывод пятого и шестого ключей черезседьмой ключ соединен со вторым вхо"дом усилителя, причем управляющиевходы пятого и шестого ключей подключены к первому выходу генератора.управлялщих импульсов, а управляющие входы четвертого и седьмогоключей соединены со вторым выходомгенератора управляющих импульсов.Кроме того, с целью расширениядинамического диапазона в областьвысоких напряжений, первый каюч выполнен иэ и последовательно включенных ключей, параллельно каждому иэкоторых включен шунтирующий резистор,а управляющие входы всех ключей сое"динены с управляющим входом первогоключа,На фиг. 1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства,на фиг, 2 и 3 - эквивалентные схемыустройства при его работе в различныхрежимах, на фиг, 1 - вариант выполнения первого ключа позволяющий расширить динамический диапазон устрой ст ва.Устройство содержит ключи 1 - 7,первый делитель 8 напряжения, усилитель 9, второй делитель 1 О напряженияГгенератор 11 управляющих импульсов(фиг. 1 1.Высокопотенциальный вход масштабирующего устройства через последовалф Кпер соответственнокоэффициент усиления и входноесопротивлениеусилителя 9 - соответственнокоэффициент передачи и выходное сопротивлениевторого делителя10 напряжения, - номинальныйкоэффициент передачи масштабирующего устройства;" относительнаяпогрешность эфФициента перчи масштабирщего устройс деКи т" 20 8 Х 7 с 3тельно соединенные ключи 1, 5 и 6связан с первым входом усилителя 9и через ключ 2 - с первым выводомделителя 8, напряжения, второй вывод которого соединен с ниэкопотенциальным .входом устройства, средним выводом второго. делителя 10 напряженияи через ключ 4. связан с общим вцво-дом ключей 1 и 5, второй вход усили" . теля 9. соединен со вторым вцводом 10второго делителя 10 напряжения и через ключ 7 - с общим выводом ключей5 и 6, а средний вывод делителя напряжения 8 через" ключ 3 соединен спервым.входом усилителя 9, Вцсокопо тенциальный и низкопотенциальныйвыходы усилителя 9 соединены с первыми вторым выводами второго делителя10 напряжения и являются одноименными вцходами масштабирующего,устройс ва. Первый выход генератора 11 управляющих имиульсов соединен с управ" ляющими входами ключей 1,и .6, а второй его выход -, с управляющимивходами ключей 2, 3, 4. и 7.25Устройство работает следующим образом.В зависимости от положения ключей ., 1 - 7 возможны два режима работы устройства ЗОВ,первом режиме по командам с генератора 11 управляющих имюулсов ключи1, 5 и 6 замыкаются, а ключи 3, 2и 4 и 7 размыкаются. При этом номинальный коэффициент передачи, устрой"ства (масштабный коэффициент )опре,деляется коэффициентом передачи уси- лителя 9, охваченного отрицательнойобратной связью через второй делитель10 напряжения. Эквивалентная схемаустройства при работе в этом режимепредставлена на фиг. 2, где разомкнутые ключи заменены их сопротивлениями изоляции с соответствующими индексами, а замкнутые ключи - отрезками проводников. Как видно из фиг.2;. 45сопротивление изоляции ключа 4 (к 4 )включено практически параллельносопротивлениями изоляции ключей 2 и 3 (Й 2 и Р 3 ). Все эти сопротивлениявключены параллельно входу масштабирующего устройства и не влияют на его коэффициент передачи. Сопротивлениеизоляции ключа 7 ( Р 7 ) включеяо парал"лельно входному опротивлению усилителя 9 (й )55Коэффициент передачи масштабирующего устройства в первом режиме работы ,может быть записан Ъ.ж.Так как на п)актике всегда Й СвьюСРвфй,.то, как видно из (1),погрешность, вносимая Р.1, как впро-чем и Р , является погрешностьювторого йорядка малости по отношениюк погрешности, обусловленной конец"ностью и непостоянством величинц Кр.Следовательно, введение ключа 7практически. не оказывает влияния накоэффициент передачи устройства впервом режиме работы,Во втором режиме работы по командам с генератора 11 управляющихимпульсов ключи 2, 3, 4 и 7 замыкаются, а ключи 1, 5 и 6 размыкаются.При этом входной сигнал с высокопотенциального входа масштабирующего устройства через замкнутыйключ 2 поступает на вход делителя8 напряжения. С выхода делителя 8ослабленной в коэффициент деленияэтого делителя раэ сигнал через замкнутый ключ 3 поступает на вход усилителя 9. Таким образом, номинальныйкоэффициент передачи масштабирующего=1, (6)15Из сравнения ( 3 ) и (6 ) видно, чтопогрешность коэффициента передачиу предлагаемого устройства меньшепогрешности известного во столькораз, во сколько Р Вь, меньше Рд 1( при условии, что ключи 1 и 5 одного20типа, т,е. к= Й 5). Значение сопротивления, в основном определяетсобой входное солротивление масштабирующего устройства в рассматриваеЙ Я 5"+), мом режиме работы. Поэтому его выбирают по возможности максимальным - порядка 10 Ом, Выходное же сопротив 7ление звена обратной связи к вь, ред ко превосходит величину 10 Ом. Кпримеру, у известного устройствазначения этих сопротивлений составляют Р = 9,9 х 10 Ом, явь,61ф х паек.= 900 Ом. Таким образом, в предлагаемом устройстве погрешность. коэффициента передачи за счет шунтирующегодействия сопротивлений изоляции ключей уменьшается по крайней мере начетыре порядка и при Р 6- ), 1 О Ом9не превышает 104.При варианте выполнения предла 40 гаемого устройства, позволяющем. расширить динамический диапазонвходных сигналов в область высоких,напряжений без снижения точности,.предыдущее устройство ( так же как и45 известное )имеет недостаточно широкий динамический диапазон, ограниченный со стороны высоких напряженийпробивным напряжением первого ключа.Вариант выполнения ключа 1, поз 50 воляющий расширить динамический диапазон входных напряжений масштабирую-щего устройства, приведен на фиг. 4.Ключ 1 выполняется из последовательвключенных ключей 51 -; 5 п, каждый55 которых зашунтирован резисторомФ Йп, а управляющие входы всехючей соединены с управляющим вхом ключа 1. Если все ключи и ре 1 вых- "д5 где К коэффициент передачи делителя8 напряжения;номинальный коэф-фициент передачимасштабирующегоустройства;- относительная погрешность коэффициента передачи,35юасштабирующегоустройства. К: КЬ. пер н )з-- (3) ВЫх 5 При тех же передачи извесловиях коэффициентого устройства пер Д я сопротивления соответственно верхнего и нижнего плечаделителя 8 напряжения;сопротивление утечки ключа 1, котороепри работе известного устройства в рассматриваемом режимешунтирует верхнееплечо делителя 8,деР но из кл до 5 10 устройства масштабный коэффициент ) определяется произведением коэффициентов передачи усилителя 9, охваченного глубокой отрицательной обратной связью, через второй делитель 10 напряжения и делитель 8 напряжения. Как видно из эквивалентной схемы устройства при работе в этом режиме, приведенной на фиг. 3, сопротивления изоляции ключей 1( Р ) и 6 ( Р) оказываются включенными аналогично Й и Р на фиг, 2 и, как следует из сказанного, практически не влияют на коэффициент передачи масштабирующегоустройства. Сопротивление изоляции ключа 5 ( Р 5) оказывается включенным параллельно выводам второго делителя 10 напряжения.Коэффициент передачи масштабирующего устройства для случая идеального усилителя 91 но с учетом й 5, имеет вид учитывая, что на практике всегда кРР, , выражение 4 можно привести к видупер=,"пер.н "+ Р= пер.н ("+3ф Отсюда относительная погрешносткоэффициента передачи известногоустройствай7 1013672 8 зисторы одинаковые, то пробивноечески невозможным применение составнонапряжение каждого ключа может быть го ключа в известном устройстве из в и раз меньше максимального вход- за резкого увеличения погрешности ного напряжения, Сопротивление коэффициента передачи. В то же время составного ключа 1 в разомкнутом 5 из формулы ( 2 ) видно, что погрешсостоянии будет в этом случае в ос- ность коэффициента передачи предлагановном определяться сопротивлением емого устройства не зависит от сопрор последовательно включенных резисто- тивления изоляции ключа 1, и, следоров, шунтируюг их отдельные ключи вательно, применение составногои. может быть существенно меньше, 1 О ключа позволит расширить динамическийчем сопротивление изоляции отдельно- диапазон входных сигналов без снижего ключа, Это обстоятельство, как ния точности масштабирующего уствидно из формулы ( 6 ), делает практи- ройства.1013 б 72 аказ 730/5 иап ППП "Патент игор ИПИ иг Тираж Подписно л, Проектная