Магазин сопротивления

(51)5 6 О 1 Я 27/00 ЕТ ПИСАНИ СВИДЕТЕЛЬ ВТОРСКО%42конструкторскоев приборостроениС.Ф.Снетиловетельство СССРЯ 27/00.етельство СССРН 5/00.етельство СССРЯ 27/ОО,РОТИВЛЕНИЯ Изобрете ной технике,Известны держащие д ключателей усилител ь. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРГТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(21) 4814582/21 (22) 28,04.90 (46) 15.11.92. Бюл. (71) Специальное микроэлектроники (72) В.В.Кравцов и (56) Авторское сеид М 924615, кл. 6 01Авторское свид ЬЬ 940275, кл. Н 03Авторское свид В 1437798, кл. 6 0 (54) МАГАЗИН СОП ие относится к измерительмагазины сопротивления, с литель, ряд разрядных пер выходной операционны Из известных магазинов сопротивления наиболее близким к заявляемому по технической сущности является магазин сопротивления, содержащий резистивный делитель, выполненный на и декадных резисторах, т групп переключателей, где в -4, 5,8 - количество разрядов магазина сопротивления, п 1 разрядных операционных усилителей (преобразователей напряжения - ток) с а опорных резисторов, выходной операционный усилитель (повторитель напряжения), управляемый резистор, инвертор;Недостатком такого магазина сопротивления является сложность устройства, суженные эксплуатационные характеристики, повышенная погрешость.(57) Сущность изобретения: магазин сопротивления содержит резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных и-резисторов. в-групп переключателей, каждый из которых содержит по и+1 ключей, щ-разрядных операционных усилителей, гпраэрядных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для подключения внешнего источника тока, переключатель начального сопротивления. резистор обратной связи, источник питания с соответствующими связями. 1 ил. Сложность обусловлена в первую оч редь необходимостью иметь для каждог операционного усилителя гальваническ независимый источник питания (средня точка питания каждого усилителя соединена с неинвертирующим входом своего операционного усилителя и не связана с а другими средними точками источника пита- с ния других операционных усилителей), что для магазинов сопротивления в переносном варианте с автономным питанием приводит к значительному усложнению схемы (требуется преобразователь напряжения стабили- Оф эированный), увеличению тока потребления СЛ и к излучению радиопомех. Кроме этого требуется дополнительно инвертор.Суженные эксплуатационные характеристики обусловлены тем, что диапазон воспроизводимых сопротивлений при количестве резисторов в делителе и == 9 находится в пределах от начального сопротивления, равного одной ступени младшей декады, а при и - 10 - от отрицательного, равного сумме, состоящей из единицы кдж 1775685дополнительно введены переключатель начального сопротивления, резистор обратной связи, источник питания. Первая клемма для подключения внешнего источникатока соединена с первым выводом первого резистора резистивного делителя, первым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления и первыми выводами первых ключей каждого переключателя с первого по второй вывод каждого резистора с первого по исоединены с первым выводом каждого резистора со второго по и резистивного делителя и первыми выводами каждого ключа со второго по и каждого переключателя с первого по а, вторые выводы каждого ключа с первого по и+1 каждого переключателя с первого по 45 50 55 дой декады, кроме младшей, до положительного сопротивления, равного сап ротивлению управляемого резистора. Такимобразом, схема не позволяет выполнять декады с перекрытием (т,е. по 10 резисторов в 5декаде, а не по 9) в положительную сторонусопротивлений, что удобно, а в некоторыхслучаях необходимо при измерениях, а увеличение количества резисторов в делителеприводит лишь к незначительному расширению диапазона сопротивлений в отрицательную сторону, усложняет декадныепереключатели, и смещает точку нулевогоотсчета декад, что существенно усложняетпользование магазином сопротивления, 15Кроме того, схема не позволяет иметь такуюуниверсальность, как отдельно диапазонположительных сопротивлений, диапазонотрицательных сопротивлений, смещатьпри необходимости начало отсчета (в сторону отрицательных или положительных сопротивлений или точно в нуль), получатьсопротивление большее, чем сопротивление управляемого резистора,Повышенная погрешность заключается в том, что иэ активных узлов, кроме выходного операционного усилителя (илиповторителя напряжения) и декадных операционных усилителей имеется еще инвертор, 30Цель изобретения - упрощение устройства и расширение эксплуатационных характеристик устройства,Укаэанная цель достигается тем, что вмагазин сопротивления, содержащий резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных п-резисторов, е-групппереключателей, каждый из которых содержит по п+1 ключей, а-разрядных операционных усилителей, а-разрядных 40резисторов,выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для подключения внешнего источника тока,в соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по в, выход соединен с инвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по а и с первым выводом каждого разрядного резистора с первого по а, вторые выводы каждого разрядного резистора с первого по е соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя с первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя и второй клеммой для подключения внешнего источника тока, второй вывод и-резистора резистивного делителя соединбн с вторым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления, общей шиной и с первым выводом и+1 ключа каждого переключателя с первого по а, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с дополнительным отводом резистивного делителя, подвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя, первый выход источника питания соединен с первым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по а и с первым входом питания выходного операционного усилителя, второй выход питания источника соединен с вторым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по в и с вторым входом питания выходного операционного усилителя, третий выход источника соединен с общей шиной,На чертеже представлена структурна 4 электрическая схема магазина сопротивления.Магазин сопротивления состоит иэ резистивного делителя 1, выполненного с и+1= 11 отводами 2-12 с и = 10 декадными резисторами 13-22, в = 2 переключателей 23 и 24, где гп = 2 - количество разрядов магазина сопротивления, каждый из которых состоит из и + 1 = 11 ключей 25-35, а = 2 разрядных операционных усилителей 36 и 37, е = 2 разрядных резисторов 28 и 39, выходной операционный усилитель 40, источник питания со средней точкой 41, переключателя начального сопротивления 42 и резистора обратной связи 43. При этом в каждой из щ групп переключателей 23 и 24 выходы ключей 25- 35 соединены между собой, а вход каждого ключа 25-35 в группе 23-24 соединень 1 с соответствующими отводом 2 - 12 резистивного делителя 1, выход выходного операционного усилителя 40 соединен с одним30 Од=Вд,Овых = Одоп - Оос 45 50 55 Вмаг - Вц О К ос Йос Йц выводом 44 внешнего источника така, один неподвижный контакт переключателя начального сопротивления 42 соединен с первым крайним отводом 2 резистивного делителя 1 и со средней точкой источника питания 41, второй неподвижный контакт переключателя начального сопротивления 42 соединен с дополнительнцм отводом 45 резистивного делителя 1, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления 42 с соединен са вторым крайним отводом 12 резца ". ьч ог делителя 1, который соединен со вторы цводам 46 внешнего источника така, подви:кный контакт переключателя начального сопротивления 42 соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя 40, выходы всех и+1 ключей 25 - 35 в каждой группе ключей 23, 24 соединены с неинвертирующим входом соответствующего разрядного операционного усилителя 36, 37, выход которого соединен с первым выводом соответствующего разрядного резистора 38, 39, вторые выводы разрядных резисторов 38, 39 соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя 40 и с первым в 1 вадсм резистора обратной связи 43, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя 40, инвертирующий вход в каждом разрядном операционном усилителе 36, 37 соединен с его выходом, первый и второй выводы источника питания 41 соединены с соответствующими выводами всех операционных усилителей 36, 37, 40. Магазин работает следующим образом.Ток от внешнего источника, проходя ат второго 46 к первому 44 ега выводу через магазин сопротивления, создает падение напряжения на резистивном делителе 1 где- ток от внешнего источника; Вд - сопротивление реэистивнаго делителя,Напряжение с одного из выходов резистивнога делителя поступает на вход первого разрядного операционного усилителя 36, включенного повторителем напряжения, через один из ключей 25-35 первого переключателя 23 (в любой конкретный момент времени в каждом переключателе 23, 24 замкнуто па одному ключу), Рта напряжение равно О 1= Од К 1, где К 1 - коэффициент передачи напряжения делителя на неинвертирующий вход первого раэряднога операционного усилителя 36. Аналогично напряжение на входе того операционного усилителя 37 равно Огп.= Од К и. Напряжения 5 10 15 20 на выходах операционных разрядных усилителей 36 и 37 равны напряжениям на их неинвертирующих входах, т.е, О 1 и О,п соответственна,В выходном операционном усилителе 40 напряжение на инвертирующем входе благодаря отрицательной обратной связи через резистор 43 равно напряжению на его неин верти рующем входе, подключенном через перек ючатель 42 к одному из выводов реэистивнога делителя 2, 12 или 45 и равно Одоп= Од К, где К - коэффициент передачи напряжения делителя 1 на вход выходного операционного усилителя 40.Так первого разрядного резистора 38 можно определить из выражения где В 1 - сопротивление первого разрядного резистора 38.Ток п 1-го разрядного резистора 39 можно определить из выражения ГДЕ Вп - СаПРатИВЛЕНИЕ П 1-Га РаЗРЯДНОГО резистора 39.Так, проходящий через резистор обратной связи 43 равен сумме токов всех разрядных РезистоРов 38, 39: ос = 1+ , + п 1, а падение напряжения на резистОре обратной связи 43 равно Оос = ос Вос.Учитывая, что выходной операционный усилитель 40 включен как инвертирующийпо отношению к выходным напряжениям разрядных операционных усилителей 36, 37, напряжение на его выходе равна Тогда напряжение между выводами внешнего источника 44 и 46 определяется иэ выражения Ома = ОдОвых, а сопротивление магазина Вмаг =Омаг Од Овых О-к .к Ы к- к-и-к, - кНаибольший практический интерес 10 представляет три значения К: К - О, К - 1и значение К, при котором выходное со-противление магазина Вмаг = 0 при начальном положении декад, т.е, когда К 1- О ,К 2-0 Кв О.15Рассмотрим сопротивление ймаг при следующих условиях; число декад (разрядов) п 1=2; В 1" йос йв 10 йос К К 1 Кв О. Подставляя эти значения в выражение (1)найдем сопротивлениеймаг=йд Вд 0(1+1+ )10 25 т,е, в этом случае при начальном положении переключателей 23 и 34 сопротивление ймагВд,Следовательно, сопротивление магаэи на в этом случае может изменяться в пределах от йд до 2,1 йд(когда К - 0). 3. К К 1 1=КО40 Вмэг йд-йдЯ 1+ 1+ 0,1)-1 1-1 0,1)-0 йцдгйд = йд Я 1 + 1 + 01) 01 1 е 1 йд45 Следовательно, когда К = 1 сопротивление магазина Враг изменяется от 0 до минус 1,1 йд.Определим коэффициент К для вариан та магазина сопротивлений, имеющего Ймвг при К 1- Ка- О и положительное сопротивление при К 1 и К имеющих любое значение.Для этого в выражение (1) подставим 55 йма и К 1= Ка= 0 и найдем К Определим теперь верхнее значение сопротивления при 1/2, 1 и К 1 = К,= 1 В =В-В( (1+ 1+2,1 Аналогично можно показать, что для трех-, четырех- и пятидекадного магазина коэффициент будет равен соответственно 1/2, 11; 1/2, 111 и 1/2, 1111: а верхнее значение сопротивления ймаг соответственно 1,11 йд, 1,111 йд и 1,1111 йд, Следовательно, заявляемая схема магазина сопротивлений позволяет выбирать начало отсчета от отрицательных значений, превышающих по абсолютному значению сопротивление йд до положительных значений вплоть до равных йд, Следовательно, по сравнению с известными магазинами сопротивления расширяются эксплуатационные характеристики заявляемого магазина,Наличие более широкого, чем у прототипа, диапазона отрицательных сопротивлений позволяет использовать заявляемый магазин сопротивлений слоя разработки и применения новых методов измерений, например, измерения сопротивлений; пропуская ток по магазину сопротивлений, соединенному последовательно с известным сопротивлением, и подключив к крайним выводам этого соединения (т,е, параллельно источнику тока) индикатор нуля, можно установить индикатор нуля на нуль, т.е. положительное сопротивление уравновесить отрицательным сопротивлением магазина и определить таким образом неизвестное сопротивление,Кроме того заявляемый магазин сопротивления позволяет полнее испольэовать напряжение питания. Так, в прототипе выходное напряжение (между клеммами подключения внешнего источника тока) всегда равно разности падения напряжения на мультирезисторе и на выходе выходного операционного усилителя и направлены в одну сторону от средней точки питания выходного повторителя напряжения, т.е, действующее напряжение всегда меньше половины напряжения питания, В заявляемом магазине сопротивления, когда неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 40 через переключатель 42 соединен с первымФормула изобретения25Магазин сопротивления, содержащий резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных и резисторов, е групп переключателей, каждый из которых содержит по (и + 1) ключей, ги разрядных 30 операционных усилителей, ги разрядных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для . подключения внешнего источника тока, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упроще ния и расширения эксплуатационных характеристик устройства, в него введены переключатель начального сопротивления, резистор обратной связи, источник питания, первая клемма для подключения внеш него источника тока соединена с первым выводом первого резистора реэистивного делителя, первым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления и . первым выводом первых ключей каждого 45 переключателя с первого по в, второй выкрайним отводом 2 резистивного делителя 1, напряжения на магазине сопротивления равно арифметической сумме напряжений на делителе 1 и на выходе выходного операционного усилителя 40 и может достичь значения, близкого к полному напряжению питания, т,к. эти напряжения имеют разную полярность относительно средней точки источника питания 41.Питание магазина сопротивления осу-. ществляется. от одного источника питания со средней точкой, что является существенным упрощением по сравнению с прототипом, не считая исключения инвертора.Кроме того, в сумму погрешностей входят погрешности активных элементов не меньше, чем в прототипе (за счет исключения инвертора), что составляет приблизительно 1/3 всей погрешности от активных элементов (влияние младших разрядов на общую погрешность значительно меньше, чем старшего разряда). 5101520 вод каждого резистора с первого по (и - 1)-й соединен с первым выводом каждого резистора с втОрого по и резистивного делителя и первыми выводами каждого ключа с второго по п каждого переключателя с первого по щ, вторые выводы каждого ключа с первого по и + 1 каждого переключателя с пер- вого по ги соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по е, выход соединен с инвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по т и с первым выводом каждого разрядного резистора с первого по а, вторые выводы каждого разрядного резистора с первого по е соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя с первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя и второй клеммой для подключения внешнего источника тока, второй вывод и-го резистора резистивного делителя соединен с вторым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления, общей шиной и с первым выводом (и + 1)-го ключа. каждого переключателя с первого по в, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен сдополнительным отводом резистивного делителя, подвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя, первый выход источника питания соединен с первым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по а и с первым входом питания выходного операционного усилителя, второй выход источника питания соединен с вторым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с пер-вого по ги и с вторым входом питания выход- . ного операционного усилителя, третий выход источника питания соединен с общей шиной.1775685 Корректор Н,Тупи двкт Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 13035, Москва, Ж, Раущская наб 4(5 Гагаринд. 101 ьский комбинат "Патент", г, Уж роизводственно-из Заказ 4032 ВНИИПИ Госуда Составител ехред М.М Федотоитал