Инвертор постоянного напряжения и устройство для его калибровки

(50 4 Н 03 Р 1/30 И КОМИТЕТ И ОТКРЫТИ ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЙЬСТВУ РСНОМУ х(56) Лостал И, Операционные усилители. М.й Мир, 1982,.с. 348, 386-387Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Сов,радио, 1974, с. 150-153.(54) ИНВЕРТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО КАЛИБРОВКИ (57) Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано при создании прецизионных измерительных приборов. Пель изобретения - повьппение стабильности выходного напряжения и точности калибровки. Коррекция инвертора постоянного напряжения основана на измерении его выходного напряжения. Измерение производят при взаимообразных включениях резисторов цепи обратной связи. Поправки в выходное напряжение вводят по результатам обработки измерений. Инвертор постоянного напряжения содержит про- граммируемьпЪ источник 1 компенсационного напряжения, операционный резистор 2, первый, второй и третий резисторы 3, 4 и 5 и ключ 6. В устройство для калибровки инвертора постоянного напряжения введены первый - шестой ключи 8-13, регистр 14, программируемый источник 16 компенсационного напряжения, микроЭВМ 17. Кроме того оно содержит клеммы 7 для подключеФния инвертора постоянного напряжения и измерительный блок 15. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.,2 ил.5 гзобретение Относитс 51 гс инфармдционно"-измерительнойнике и маже".быть испольэовала при ссгздании прецизионных измер:телгггых приборов5Цель изобретения - псгныпгение с.тл(ильности Выхаднсга напряжения иОчности гсдлибровгсп.,На фиг, 1 пр -.стаял .На структуро-функциональная схема инвертора па;6тояннога напряжения; н;1 фиг, 2устройства ега калибровки.Бнвертар пос:-сяннога .гапряженпяфодержит программируемьггг источник 1гсОМПЕНСДЦИОННОГО НаПРЯжЕ 1 ГИЯ, ОПЕГ 5 афионньгй усилитель 2, пергзьхг 3, втофой 4, третий 5 резисторы и клгоч 6,грихгем выход программируемого истачика 1 компенсационного напряженияерез третий резистор 5 "аединен снвертирующим входом операционногосилителя 2, котарьгй через первыйезистор 3 является Входам инверта-.а, а через второй резистср 4 и клгочсоединен с выходам опеодциоинос оусилителя и являет с 51 Выссадам устрой":ируемого ис.тачника 1 ксмтенсацион"Гг Ог О напряжения 51 и Гя ются упп Являощиги входами инвертара53 )Устройство калибровки 11 нвертараостояннога напряжения согдержитлеммы 7 для дод.слючегия инвертораКлючи 8-13 75 егистр 14 измерительЙый блок 15 прага;.ммггруеггьй источ 40ник 16 компенсациаггнага напряженияИ микроЭВ 1 х 1 17., причем первый выводключа 8 соединен с шинои ."Общий"первьпг Вывод гслгоча 9 - с первым выводом ключа 11 и является входом уст-.ройства, второй Вывод ключа 9 соединен с; Вторым выводом ключа 8, перВьгм выводом ключа 1 О и клеммой дляподклгочения Вхадд инвертора постоянного наггряжения, Второй вывод клю 56ча 10 соединен с первым В:содом измерительного блока 15 и клеммой дляподключения Выхода ин:зертора постоян ного напряжения, второй Вывод ключа 11 соединен с клеммаг: для подключения первого вспомогательного калибровочнаго входа инвертара постоянногонапряжения, первьгй вывод клгоча 12соединен с псиной "Общий", а второйрех этапа и происходит следующим образо гНа перг:ых двух этапах производится измерение мультипликативной состаВляюгпей погрешности Выходного напряжения инвертора. Для этого в первом интервале микроЭВМ 17 выставляет словсг состояния ключей 8-13 и гслюча 6 инвертора в соответствии с требуемыми их положениями, указанньсми в тбли.еВслед за ним (поскольку каждый сигнал управления вырабатывается программным образом) возникает сигнал ПРД 14, по которому происходит запись слова состояния ключей с микро- ЭВМ 17 В регистр 14 и одновременно с этим размьпсание ключей 8, 10, 11, 12 и здмьгсание ключей 6 9, 13. Тем самым устанавливается исходная конфигурация инвертора, а напряжение на его выходе становится равным ьх 1) 1 11 схх + см коэффициент передачи;входное напряжение;напряжение аддитивнойсоставляющей погрешностивы где К вх о смВо втором интервале микроЭВМ 17 выставляег слово данных для программируемого источника 1 компенсационного напряжения инвертора, необходимое для установления нулевого напряжения на его выходе. Запись слова происходит по сигналу ПРД 1, В третьем интервале микроЭВМ 17 выставляет слово данных для программируемого с вторым входом измерительного блока 15 и первым выводом ключа 13, второй вывод которого соединен с выходом программируемого источника 16 компенсационного напряжения, выходы регистра 14 соединены с управляющими гзыводами ключей 8-13 и клеммой для подключения второго вспомогательного калибровочного входа инвертора постоянного напряжения, входы - выходы микроЭВМ 17 подключены к входам управления регистра 14, выходам измерительного б.гока 15, входам управления программируемого источника 16 компенсационного напряжения и клеммам для подключения упрд.вляющих входов инверторд пастсянного напряжения.11 роцесс. калибровки инвертора постаяннагс: напряжения состоит из четы3 14 источника 16 компенсационного напряжения, необходимое для установления на его выходе напряжения О, близкого по величине к входному напряжению инвертора и противоположного ему по знаку, т.е. 65934 5 10(2) Запись слова данных происходит по сигналу ПРД 16.Напряжение О, установленное на выходе программируемого источника 16 компенсационного напряжения, поступает через замкнутый ключ 13 на вход измерительного блока 15 и является уровнем, относительно которого производится измерение выходного напряжения инвертора.Измерение разности напряжений между входами измерительного блока 15 проводится на четвертом интервале. Чтение результата первого измерения происходит на пятом интервале.Значение первого результата изме-. рения разности напряжений входов измерительного блока 15 равно 1оЛ= - Б + П - ЦВк ф(3) П вк где К - коэффициент передачи инвертора при исходном положении резисторов 3 и 4;оП - напряжение аддитивной сосмставляющей погрешностиайвах о выставляется словд состояния ключей 8-13 и ключа 6 инвертора в соответствии с таблицей. При появлении сигнала ПРД 14 в регистре 14 происходит фиксация слова состояния ключей и вслед за этим размыкание ключей 9, 10, 11, 13 и замыкание ключей 6, 8, 12. Такое состояние ключей обеспечивает подключение входного резистора 45 инвертора (через ключ 8) и второговхода измерительного блока 15 (через ключ 12) к шине "Общий". На выходе инвертора возникает напряжение П , (111) = П,с поступающее на пер вый вход измерительного блока 15.Выходные напряжения программируемых На втором этапе производится изменение положения резисторов 3 и 4 инвертора на взаимообратное. Для этого микроЭВМ 17 переводят в состояние вывода,информали, и на первом интервале выставляется новое слово состояния ключей 8-13 (таблица).Ключи 8, 9, 6, 12 размыкаются, а 10, 11, 13 замыкаются. При этом происходит включение резисторов 3 и 4 в.положение, обратное исходному, а напряжение на выходе инвертора становится равным и (П) = - 0 + и (4) 25 30 35 интервале. По окончании измерения микроЭВМ 17 на третьем интервале считывает 12-разрядный код результата измерения а и запоминает его значение.Значение второго результата измерения разности напряжений входов измерительного блока 15 при положении резисторов 4 и 5, обратном исходному, равно Затем микроЭВМ 17 вычисляет значение полуразности первого и второгорезультатов измерения и запоминаетвычисленное значение как поправкумультипликативной составляющей погрешности инвертора ( йк). Несложно.показать, что величина р1 Пвх (11 при значениях К, близких к единице, соответствует удвоенному значению мультипликативной составляющей погрешности инвертора ( й к) с весьма малой ошибкой.На третьем этапе выполняются операции, направленные на дальнейшее уточнение расчетной поправки выходного напряжения инвертора за счет учета аддитивной составляющей погрешности. Для этого в первом интервалеВыходные напряжения программируемых источников 1 и 16 компенсационных напряжений на втором этапе калибровки инвертора не изменяются. Измерение нового значения разности Л напряжений между входами измерительного блока 15 производится на втором источников 1 и 15 компенсационного напряжения на третьем этапе калибровки не изменяются. Измерение нового значения разностинапряжений между входами измерительного блока 15 происходит на втором интервале. Управление процессом измерения осуществляется аналогично предыдущим этапам.Чтение результата третьего измереНия микраЗВИ Г 7 произ Вадггт побяйтно Яа третьем интервале,. Зу.ячение кода 1 РЕТЬЕй РазиаСтн НагГРЯ,:;. .:Ий ВХОДОВНзмеритетттнага блока "5 равно адцитивнаи састявллуощей погрешности до5 ., )та значение зягсмгтегя ется МтусраМЧЧ 1 l г т 1 сугол газ"стсгг д я Ояс" чета знячеутия карре;стирунгщ й поправ" 1 гу ви выходного напряжения .а формулед.: Г е.,) пг 17)где ту " г отс;т 01 ый усоэ 1 ф цвэ нт, ООрятнь".: Отношепо резисторов 1 Ь/1 фпрявуса й эяпаггинается гьгтсраЭВИ 1/.На четвертом этапе усаууегбровки п оизводттся Введение корректирующей поправки ,5 В Вьгхаднас Напряжение 75иуверторя. гтутя этого В первом интервале микрОЭВИ/ Выставляет слово сасгояния куотау 8 13 и ключа 6 инвертстра в соответствии с табл,1 саот:- ВТСТВУЮЩЕЕ ИСХОДНОЙ КанфГП УРЯГУути 1 тверторя. По сигналу ПРД /г цроис х 1 тдит разковкунто гсгуггче ЯО1 и зямькяние ключей 9, 6. 3,Выхаггегае капряже Не и :яертгра Сга Навнтс 5 г;, Р ,г , бВо уттагагтег яуяе и.: с-.ОЭВ 1/ Вгусте. яетлава гге 1 ьт" л тт по" р,-о." гНага источника 6 усамгеу яцианнагр нфтр 5 женя необходимое для сброся Вс нятуаяжсупя 1 а ета Ву,ух ад 3 я - пусь саста 51 егия Б нетО происходит 110 с 1 тгнялу 11 РГ 16, В третьем интервале муфкра 5 Вг Выстявхяет с 510 ВО дянньх дття ГратряММНата у.:СТОЧНяу,1 1 КОМПЕНСЕЦИаутиаГО гтаГРЯСЕЕГИ 5,. ЗлатЕНИЕ Эта гЬ слава дянньгх равна гасчетнаму зня ч нито кар ректирующей поправки- П 1 фи появлении сигнгпя ПРЦ 14 гграиз:. Водится запись кода В гтрсграмгНьй Ис.ТОЧЕПтК 1 КОМПЕНСяцнаниау а НацряжЕ- нГея, ня ега выходе устанаузливяется нпряжение. пропорциональное Л Это НаПРЯжЕНИЕ С ВЕСаВЫМ КазгфИЦИЕНтаМ, ртвньн атуоВитую резисторов 5 и 3 суммттруется входной цегтыо инверторя с напряжением Бичвертара и на е"а выходе устанавливается напряжение,11 гыт Ц "смс потрешностто, апрецеляемой формултй,. = 1 еттг Бмпк,1+,КФормула изобретенияИнвсгртор постоянного напряжения содержащий операционный усилитель с цепью обратной связи, состоящий из двух резисторов, причем первый Вывод первого резистора является Входом инвертора постоянного напряжения, второй вывод соединен с перзым Выводом второго резистора и с инвертирукщим входом операционного усилителя а неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной "Обий"., о т л и ч а ю щ и йс я тсгг чта, с целью повышения стабильности ььгсоднага напряжения, в инвертар Введены дополнительно ключ, :урагяхтуир "емьй источник компенсагиа :ага ; я .ряжения и третий резисор тя.к, .:Та первый вывод ключа со,ГЕУНЕ:г С .ТОРУ 11 ВЫВОДОМ ВТОРОГО РЕ- яистара, т:тарой вывод ключа соединен С ВЬтХОДаМ ОПЕРаЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ, 1 ервый Вы:.сд третьего резистора соединен с инвертирууощим входом операционного т силителя, а второй вывод третьегс резистора соединен с выходам прагряммируемога источника ком.енсяционнсго напряжения, первый и "ПРЯ.-;ЛЯСЦИ,", ВЫВОДЫ КЛЮЧа яВляЮтся Вспомогательными калибровочными вхо" дами ннвертара, я входы программируемого источника компенсационного напряжения являются управляющими входами инвертара.2 Устройство для калибровки инВертара постоянного напряжения, содержащее клеммы для подключения инверторя и измерительный блок, о т л ич я ю щ е е с я тем, что, с целью псвышения стабильности выходного напряжения, В устройство введены шесть ключей, регистр, программируемый источник компенсационного напряжения и микроЭВМ, причем первый вывод первого ключа соединен с апиной "Общий" первый вывод второго ключа соединен с первым выводом четвертого ключа и является входом устройства, второй вывод второго ключа соединен с вторым выводом первого ключа, первым Выводом третьего ключа и клеммой для гтодключения входа инвертора постоянного напрятсения, второй вывод третьего ключа соединен с первым входомСостояние ключей Этап Операция 8 9 10 11 6 12 13 Измерение мультипликативной составляющей погрешности Р3 Р Р 3 Р 3 РР 3 3 Р Р 3 Измерение аддитивной составляющей 3 Р Р Р 3 3, Р погрешностиВведение коррекгирующей поправкивыходного напряжения Р 3 Р Р 3 Р 3 П р и м е ч а н и е. Р - разомкнутое положение ключа; 3 - замкнутое положение ключа. 7 14659 измерительного блока и клеммой для выхода инвертора постоянного напряжения, второй вывод четвертого ключа соединен с клеммой для подключения5 первого вспомргательного калибровочного входа инвертора постоянного напряжения, первый вывод пятого ключа соединен с шиной "Общий", а второй - с вторым входом измерительного блока 10 и первым выводом шестого ключа, второй вывод которого соединен с выходом программируемого источника компенсационного напряжения, выходы ре 348гистра соединены с управляющими выводами ключей и клеммой для подключения второго вспомогательного калиб. - ровочного входа инвертора постоянного напряжения, входы-выходы микроЗВМ подключены к входам управления регистра, выходам измерительного блока, входам управления программируемого источникакомпенсационного напряжения и клеммам для подключения управляющих входов инвертора постоянного напряжения.б,Ужгород, ул. Гагарина,1 Тираж 879комитета по изобретениям Москва, ЖРаушская н Производственно-издательский комбинат "Патент одписноеоткрытиям при ГКНТ ССС