Устройство для измерения среднего значения тока

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 1550 их 19) 1)5 С 01 В. 19/2 ОСУДАРС О ИЗОБР РИ ГКНТ 21) 22)(71) меха (72) В.А. (53) (56) У 66 ут точ ровниченкапайкин ство СССР 22, 1976, во СССР /22, 1986(54) УСТРОЙ ГО ЗНАЧЕНИЯ (57) Изобре измерительн применение ение относится й технике и можри научных иссл лект аит ваниях ЕННЫЙ КОМИТЕТЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 14385802/24-2121.02.8815.03.90. Бюл, М 10Ленинградский инстиики и оптикиС.Л. Исупов, Б,А, КПрянишников и В,М.621.317.7(088.8)Авторское свидетель273, кл. С 01 К 19/торское свидетельст3823, кл. С 01 К 19 ТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНТОКА в техническои диагностике и в промышленных измерительно-вычислительныхкомплексах для испытания полупроводниковых приборов. Цель изобретениярасширение области использования устройства за счет обеспечения измерениясреднего значения тока последовательности импульсов произвольной формыи длительности. Для этого в устройство введены интегратор 17, блоки 8и 9 выборки и хранения соответственно, делитель 21, сумматор 1 О, вычитатель 20. Устройство содержит такжеключи 1-7, блок 11 управления, входнуюшину 12, преобразователь 13 напряжения в ток, интеграторы 14-16, компаратор 18, выходную шину 19, шину22 опорного напряжения. 1 з,п лы, 4 ил.Изобретение относится к электро- измерениям и может быть использовано для измерения среднего значения тока в последовательности импульсов произвольной формы и длительности.Цель изобретения - расширение области использования устройства за счет обеспечения измерения среднего значения тока последовательности импульсов произвольной формы и длительности.На фиг. 1 приведена структурная ; схема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - временные диаграммы его ра 15 боты; на фиг, 3 - функциональная схема блока управления; на фиг. 4 - временные диаграммы его работы.Устройство для измерения среднего значения тока содержит ключи 1-7 блоки 8 и 9 выборки и хранения, сумматор 10, блок 11 управления, входную сигнальную шину 12, преобразователь 13 напряжения в ток, интеграторы 1417, компаратор 18 напряжения, выходную шину 19, вычитатель 20, аналоговый делитель 21, шину 22 опорного напряжения, при этом входная сигнальная шина 12 соединена через ключ 7 с общей шиной, а через ключ 1 - с входом интегратора 14, выход которого подключен к инверсному входу компаратора 18 напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока 11 управления, при этом выход интегратора 15 соединен через преобразователь 13 напряжения в ток с входом ключа 4, входом ключа 3, выход которого соединен с входом интегратора 14, а управляющий вход ключа 3 соединен с40 третьим выходом блока 11 управленйя, управляющим входом ключа 5, вход которого соединен с входом ключа 6, шиной 22 опорного напряжения и с входом ключа 2, управляющий вход котоРо го соединен с управляющим входом ключа 1, с выходом блока 11 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа 7, а четвертый выход блока 11 управления соеди 50 нен с управляющим входом ключа 4, выход которого соединен с общей шиной, выход сумматора 10 соединен с входомблока 8 выборки и хранения, выход которого соединен с выходной шиной19, входом блока 9 выборки и хранения, выход которого соединен с первыми входами сумматора 10 и вычитателя 20, второй вход которого соединен с выходом интегратора 16, а выход - с первым входом аналогового делителя 21 второй вход которого соединен с выходом интегратора 17 а выход - с вторым входом сумматора 10, выходы ключей 2 и 5 соединены с входами интеграторов 15 и 16 соответственно,Вход обнуления интегратора 16 соединен с шестым выходом блока 11 управления, входом обнуления интегратора 15, прямой вход компаратора 18 напряжения соединен с общей шиной.Выход ключа 6 соединен с входом интегратора 17, вход обнуления интегратора 17 соединен с пятым выходом блока 11 управления, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блоков 8 и 9 выборки и хранения и ключа 6, а первый вход блока 11 управления соединен с входной сигнальной шиной 12.Блок 11 управления содержит логические элементы НЕ 23 и 24, компаратор 25 напряжения. логический элемент ИСКЛЮЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ 26, логический элемент ИЛИ-НЕ 27, одновибраторы 28-30, резистор 31, кнопку 32, первый вывод которой соединен с пятым выходом блока 11 управления, и через резистор 31 - с общей шиной, второй вывод - с входом напряжения питания. Выход одновибратора 30 соединен с восьмым выходом, блока 11 управления, а вход - с седьмым выходом блока 11 управления, выходом одновибратора 29, вход одновибратора 29 соединен с вторым входом блока 11 управления.Выход компаратора 25 напряжения соединен с вторым выходом блока 11 управления, первым входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, входом логического элемента НЕ 24, выход которого соединен с первым выходом блока 11 управления, входом одновибратора 28, выход одновибратора 28 соединен с девятым выходом блока 11 управления, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 27, выход которого соединен с шестым выходом блока 11 управления, а второй вход - с вторым входом логического элемента ИСКЛЮЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ 26, вторым входом блока 11 управления, первый вход которого соединен с прямым входом кампаратора 25 напряжения, инверсный вход которого соединен с общей шиной.5 1550432 6Вход логического элемента ИСКЛЮ- Выходное напряжение интегратораЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 соединен с третьим вы с помощью преобразователя 13 пре-.ходом блока 11 управления, входом ло- образуется в токгического элемента 23, выход которого 11 Т с,1в ус дусоединен с четвертым выходом блока(Ь11 управления.Устройство для измерения среднего где .1 пр пРоводимость преобраэоназначения тока работает следующим обтеля 13,разом.Ток 1 рчерез замкнутый ключ 4Перед началом измерения произвопротекает на об щую шину,дится разряд интегратора 7 зам ка На ныходе интегратора 17 формируем ключа, управляемого кнопкой 32 ется напряжение 0 з, пропорциональноеблока 11 управления, В исходном сос- длительности Т импульса, открынающетоянии ключи 1, 2, 3, 5 6 и интеге 15 Тратора 17 разомкнуты, а ключи 4, 7и интеграторов 16 и 15 замкнуты. Иэс р смеряемый импульс тока(й) через Во втором такте Т производитсявходную сигнальную шину 12 и замкну- разряд конденсатора интегратора 14чтын ключ 7 протекает на общую шину 20 и заряд конденсатора интегратора 16.(фиг4, где О - разомкнутое состоя- По окончанию импульса тока (С)-к вние ключей, 1 - замкнутое состояние). подаваемого на шину 12, ключи2,Полный цикл работы устройства раз, 6 и интеграторон 16, 15 и 17деляется на и интервалов, соответ- раэомкнуты, а ключи 3 5 и 7 замкну 1ствующих числу импульсов в последова ты. При этом измеряемый ток(Т)течф Хльности, для которои определяется протекает через шину 12 и замкнутыйсреднее значение тока 1 ррпКаждый ключ 7 на общую шину устройства аФинтервал состоит из двух тактов: опорное напряжение через шину 22Т, , в течение которого выполняет- и замкнутый ключ 5 поступает на вход,ся интегрирование и-го импульса изме- Зо интегратора 16. Одновременно выходряемого тока и опорного напряжения. ной ток 1 . преобразователя 13 че еэч р.Бр, и Т ,в течение которого опреде- замкнутый ключ 3 протекает на входляется среднее значение тока 1интегратора 14 н к концу второгодля а-го импульса, такта Тр напряжение на его выходеПри поступлении первого импульса равно нулютока(Т) с сигнальной шины 12 на35ткч1первыи вход блока 11 управления клю- П --1 аЕО . (5)Счи 1, 2, 4 и 6 замкнуты, а ключи 3,о5, 7 и интеграторы 16, 15 и 17 разом- Момент равенства нулю выходногокнуты. Первый измеряемый ток4 О напряжения интегратора 14 фиксирует 1ччерез замкнутыи ключ 1 протекает на ся компаратором 18 напряжения кото 3вход интегратора 14, состоящего из рый управляет ключами 3-5.операционного усилителя с емкостной В соответствии с выражением (5)обратной связью, Опорное напряжение длительность второго такта0 через шину 22 и замкнутый ключ 45т2 поступает через резистор К навход интегратора 15, также состояще- р прго из операционного усилителя с ем- (6)костной обратной связью. Напряжение т.е. пропорциональна среднему эначена выходе интегратора 14 к концу пер О-нию 1измеряемого тока эа выбвого такта Т имеет значение ранный интервал усреднения Тр,.тсс13 срс Напряжение на выходе интеграторад х1 э (1) . 16 к концу второго такта имеет зна- чениегце С - емкость интегратора,Напряжение на выходе интегратора 15 к концу первого такта имеет значение 1 Тср,55 1 КЬ Г11 вхс1 С 1Ка 1 рр р.1 хсрра при, следовательно, также пропорционально среднему значению измеряемого тока за время усреднения ТсрСреднее значение тока 1н последовательности и импульсон произ 5 вольной Формы и длительности определяется выражением 1 кср 1 хйср 1 пу ср Тхйср1ср ии 10(8) о 1 пргде К=ЕвДля исключения погрешности, связанной с насыщением суммирующего устройства, определяющего числитель выражения (10), используется рекуррентный способ вычисления среднего тока 1 , определяемого выражениемПвьи ь ПсРч 1 35срп Напряжение с выхода интегратора 16 поступает на второй вход вычитателя 20, На первый вход вычитателя 20 с выхода блока 9 выборки и хранения поступает напряжение Зсрьпропорциональное среднему значению тока 1Аналоговый делитель 21 напряжения осуществляет деление напряжения с выхода вычитателя 29 на напряжение Ь с выхода интегратора 17.На сумматоре 10 образуется напряжение50 18 ых и с ь-иа е смй ю м +ср ь ср ьч 1 При срабатывании компаратора 18на седьмом выходе 7 блока 11 управ 55ления Формируется импульс напряженияЦ, но время которого напряжениесрзаносится в блок 8 выборки и При поступлении с сигнальной шины 12 каждого импульса последовательности напряжение , на выходе интегратора 17 увеличивается на напряжение У , определяемое выражением (4) . Такйм образом,п=Пз (9) где Оз=/Оз - нормированное напряжение на выходе интегратора 17При этом выражение (8) может быть записано в следующем нице:алых алых йбых ( - вых ь 1. =К -- : -----ьр 1 зи хранения, из которого но время импульса .ы, формируемого в блоке 11 управления по заднему фронту им" пульса 0 , переписывается н блок 9 выборки и хранения.Блок 11 управления (фиг. 3) работает следующим вбразом, При поступлении с сигнальной шины 12 на первый вход импульса произвольной формы и длительности на выходе компаратора 25 формируется прямоугольный импульс У ых з(фиг, 4), длительность которого равна Т , . Напряжение 1 ых поступает на вход элемента НЕ 24, на выходе которого формируется импульс. напряжения,. На второй вход блока 11 управления поступает напряжение с выхода компаратора 18, которое складывается по модулю 2 элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26 с напряжением " выход В Результате на третьем выходе блока 11 управления и на выходе логического элемента НЕ 23 формируется напряжение У ,з, при этом на выходе логического элемента НЕ 23 формируется напряжение 118 ы. Длительчость импульсов 0 и 1ВЫх З ЬЬХ 1 соответствует времени второго такта ТясПри переходе напряжения 0из"1" в "Оп запускается одновибратор 28 и на его выходе формируется импульс П ы, длительность Т которого определяется соотношениемТ=0,36 КС, (13) где К - сопротивление резистора; С - емкость конденсатора одновибрато-, ра 28.При переходе напряжения П х из"1" в "0 запускается однонибратор 29 и на его выходе формируется импульсы по заднему фронту которого запускается одновибратор 30 и на его выходе формируется импульсВых. Длительности импульсов 0 ы, и 0 ь равны Т и определяются соответственно значениями резисторов и конденсаторов, адновибраторов 29 и 30,Напряжение 0 , , сформированное одновибратором 29, поступает на второй вход логического элемента ИЛИ-НЕ 27, на первом вхоце которого находится напряжение 1 . На выходе элемента 27 по окончании импульса быхов формируется напряжение О, , котороеЬых 6 поступает на шестой выход блока 11 управления.Напряжение 13, формируемое кнопкой 32, устанавливается перед началом работы устройства на пятом выходе блока 11 управления. Формула изобретения51. Устройство для измерения среднего значения тока, содержащее семь ключей, блок управления, входную сигнальную шину, преобразователь напряжения в ток, три интегратора, кампаратар напряжения, выходную шину, при этом входная сигнальная шина, соединена через седьмой ключ с общей шиной, а через первый ключ в . с входом второго интегратора, выход которого подключен к инверсному входу компаратора напряжения, выход ко торого соединен с вторым входом блока управления, а прямой вход - с общей шиной, при этом выход первого интегратора соединен через преобразователь напряжения в ток с входом четвертого ключа, входом третьего ключа, выход которого соединен с входом второго 25 интегратора, а управляющий вход третьего ключа соединен с третьим выходом блока управления, при этом вход пятого ключа соединен с шиной опорного напряжения, с входом шестого клю ча, с входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, с вторым выходом блока управления, первый выуралющи входом седьмого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом четвертого ключа, выход которого соединен с общей шиной, выходы второго и пятого ключей 4 О соединены соответственна с входами первого и третьего интеграторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области использования устройства, в него введены чет вертый интегратор, два блока выборки и хранения, аналоговый делитель, сумматор, вычитатель, причем выход сумматора соединен с входом первого блока выборки и хранения, выход которого подключен к выходной шине, входу второго блока выборки и хранения, выход которого соединен с первыми входами сумматора и вычитателя, второй вход которого соединен с выходом третьего интегратора, а выход - с первым входом аналогового делителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого интегратора, а выхад - с вторым входом сумматора вхо.Рды обнуления первого и третьего интеграторов соединены с шестым выходомблока управления, выход шестого ключасоединен с входом четвертого интегратора, вход обнуления которого соединен с пятым выходом блока управления,седьмой, восьмой и девятый выхоцы которога соединены соответственно с управляющими входами первого, второгоблоков выборки и хранения и шестогоключа, а первый вход - с входной сигнальной шиной, третий вход, кроме того, - с управляющим входом пятогоключа.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит два логических элемента НЕ, компаратор напряжения, логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ иИЛИ-ИЕ, три однавибратора, резистор,кнопку установки в исходное состояние, первый вывод которой соединен спятым входом блока, управления и черезрезистор - с общей шиной, второй вывод - с входам напряжения питания,выход третьего.одновибратара соединен с восьмым, а вход - с седьмымвыходом блока управления и выходамвторого одновибратара, вход второгоадновибратора соединен с вторым входам блока управления, при этом выход кампаратора напряжения соединенс вторым выходом блока управления,первым входом логического элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входом первого логическага элемента НЕ, выход которого соединен с первым выходом блокауправления, входам первого аднавибратара, выход первого одновибратарасоединен с девятым выходом блока управления, седьмой выход которого соединен, кроме того, с первым входомлогического элемента ИЛИ-НЕ, выходкаторага соединен с шестым выходомблока управления, а второй вход - свторым входом логического элементаИСКЛЮЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ, вторым входом блокауправления, первый вход которого соединен с прямым входом компараторанапряжения, инверсный вход которого соединен с общей шиной, при этомвыход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с третьим выходомблока управления, входом второгологического элемента НЕ, выход кото.рого саедийен с четвертым выходомблока управления,, а а рректор М.Максимишинец едактор Ю ираж 55 о одп НТ СС ткрытиям д. 4/5енного комитета по изобретениям 13035, Москва, Ж, Раущская н здательский комбинат "Патент",Производственно О Юла, дарго Юь.щ Заказ 269ВБИЛИ Государ Составитель А, РафикоТехред Л.Олийыык Ужгород, ул. Гагарина, 101