Многозначная мера электрического сопротивления

).БЫ 5)5 Н 03 ЮЕ ПАТЕНТНОЕСР Р) ТЕНИ НИЕ Г3 Ь 3 научно-иссоприбороБадинтеротов д ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) 4737592/242) 2 б,07.89б) 30.08.93.Бюл, М 321) Кишиневский ледователький институт электр строения 2) А.М.Чернов, Е,Я,. И, Гриша нов, С, К.ЗА.В,Торкуновб) Авторское свидетельство СССР . 817983, кл. Н 03 Н 3/00, 1979.Авторское свидетельство СССР . 940275. кл. Н 03 Н 3/00, 1982.4) МНОГОЗНАЧНАЯ МЕРА ЭЛЕКТРИЧЕКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ7) Изобретение относится к электроизмеительной и электронно-вычислительной хнике и предназначено для использоваия в качестве программируемой многоначной меры электрического Изобретение относится к электроизметельной и электровычислительной технии предназначено для использования вчестве программируемой многозначной еры электрического сопротивления МЭС) - точного преобразователя кеда в противление, используемого в системах томатической поверки и контроля параетров контрольно-измерительной аппарары, а также в устройствах вывода алоговых сигналов из ЭВМ, входящихв зличн ые измерительно-вычислительные и электромоделирующие гибридные комексы из средств электроизмерительной и ектровычислительной техники.Известно устройство - двухполюсник.едназначенное для моделирования рези- оров с низкой шумовой температурой, соржащее операционный усилитель (ОУ),сопротивления - точного преобразователя кода в сопротивление, используемого в системах автоматической поверки и контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры, Изобретение позволяет получить прямую пропорциональную зависимость воспроизводимого мерой сопротивления от коэффициента передачи кодоупрэвляемого делителя напряжения и упростить управление заявляемой мерой сопротивления, увеличить быстродействие и пределы показаний меры. Это достигается за счет того, что сигнальный вхог, управляемого делителя напряжения соединен с общими выводами операционных усилителей и вторым выводом образцового резистора, а общий вывод этого делителя соединен с выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя. 2 ил. три резистора соответственно с сопротивлениями Во, ЙР и Йх, причем первый резистор с образцовым сопротивлением Я, первым выводом соединен с первым входным зажимом (полюсом) инвертирующйм входом усилителя, второй вывод этого резистора соединен с выходом усилителя, второй вывод этого резистора соединен с выходом усилителя и первым выводом второго резистора с сопротивлением Р.Неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с его общим выводом ("нулевой шиной" и "землей") первым выводом третьего резистора с сопротивлением Ях.Токоподвод второго зажима полюса) соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, образующих совместно неуправляемый двухплечий масштабный делитель напряжения на выходе усилителя.По утверждению заявителя между зажимами-полюсами указанного выше устройства воспроизводится (имитируется) сопротивление В 12, пропорциональное сопротивлению Во образцового резистора.Указанному аналогу присущи следующие недостатки:1) потребность в трех резисторах с сопротивлениями Во, Ве, Вх и одном операционном усилителе для имитации лишь одного значения сопротивленияВЕ Вх Во ВЕ Ве+ В ВР+В ВоВх+Ве Вх Вх (В +В ),Ве + В Ве. + В 2) имитируемое между зажимами 1 и 2 рассматриваемого аналога сопротивление 81-2, как следует иэ (1), в общем не является прогорциональным Во, можно говорить лишь о частном случае, когда выполняются следующие условия:В 1-2В (2) Ь В 1-2 (3) где ЬВ 1-2 - допустимая абсолютная погрешность сопротивления В 1-2Более совершенным аналогом заявляемого устройства является мера электрического сопротивления, содержащая образцовый резистор, повторитель напряжения на первом ОУ, соединенный своим входом с истоком (стоком) полевого транзистора, сток (исток) которого соединен с первым выводом образцового резистора и вторым входом третьего ОУ, а его затвор - с выходом третьего ОУ, первый вход которого соединен через четвертый инвертирующий ОУ с выходом второго ОУ, первый вход которого через первый резистор соединен с выходом первого ОУ, а через второй резистор - с выходом умножителя, в качестве которого может использоваться ШИМ-делитель, вход которого соединен с выходом второго ОУ.Данному аналогу присущи следующие недостатки;1) сложность из-за большого состава и многих связей между составными частями;2) невысокая точность из-за влияния напогрешность воспроизведения сопротивления погрешностей отношений сопротивлений первого и второго резисторов, коэффициента передачи четвертого инвертирующего ОУ, дрейфа всех четырех ОУ.Более совершенным и близким аналогом заявляемого устройства является управляемая мера электрического сопротивления, со(4) между следующими составляющими (4). 45 В 1-2 - значением сопротивления мерц, Ом;О, Х 1 ХлХк - нормализованной мантиссой числового значения (4), где Х 1Х,;Х- показания-коды 1-го, , 1-гоК-го разрядРов(декад);10 Ом - масштаб(4) (коэффициент пропорциональности). поскольку он характеризуется иной зависимостью, а именно: 55 5 10 15 20 25 30 держащая образцовый резистор, два операционных усилителя, ШИМ-делитель напряжения со схемой управления,.сигнальный вход которого соединен с вторым входом первого ОУ и выходом второго ОУ, а его выход - со вторым входом второго ОУ, первый вход которого соединен с выходом первого ОУ и вторым входным зажимом меры, первый вход первого ОУ соединен с первым выводом образцового резистора и первым входным зажимом, второй вывод образцового резистора соединен с общими выводами обоих ОУ и ШИМ-делителя.Недостаток данного аналога - сложность его реализации из-за необходимости формирования у обоих ОУ специальных амплитудно- и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ), обеспечивающих устойчивую работу устройства.Наиболее близкой к предлагаемой является управляемая мера электрического сопротивления, содержащая два входных зажи иа и два операционных усилителя, ШИМ-делитель со схемой управления, образцовь 1 й резистор, первый вывод которого соединен с первым входным зажимом и инвертирующим входом первого ОУ, второй вывод соединен с общей шиной обоих операционных усилителей и ШИМ-.делителя, сигнальный вход которого соединен с выходом и инаертирующим входом первого ОУ,а выход ШИМ-делителя соединен с неинвертирующим входом второго ОУ, выход которого соединен с его инвертирующим входом и вторым входным зажимом меры.Недостатки прототипа следующие: 1) прототип в действительности не явля. ется мерой, сопротивление которого характеризуется прямой пропорциональной зависимостью: В 1.2 = О, Х 1 ХьХк.10 ОмО Вэ- Во( ф), (5)где Вэ = В 1-2 - сопротивление меры;Во = 1.10 Ом - сопротивление образцоРвого резистора;Р - О, Х 1 ХьХк 1 - коэффициентпередачи ШИМ-делителя зависимостью, ко 1837380орую можно привести к более удобномуля дальнейшего рассмотрения виду: Вэ = В 1-2 = (О, Х 1 Х Хк).10 Ом = (6)= -( О, Х 1 ХьХк).10 Ом (ба) ткуда следует, что либо в тексте описания рототипа допущена ошибка, либо протоип является преобразователем кода3 = О, Х 1 ХХк, отрицательное электрическое сопротивлеие,2) в действительности прототип являетя однопредельным преобразователем кодасопротивление 1-2 = Вз(1 -р )В, =(1- О, Х 1,ХьХк)В 0 (7) его автономное применение в качестве еры сопротивления без каких-либо сущетвенных его изменений (или же использоания с внешней ЭВМ) принципиальна е возможно;3) примененный в составе прототипа в ачестве цифрового делителя напряженияИМ-делитель со специальной схемой упавления работаетпериодически с циклами реобраэования эа определенный промеуток времени, например, одно преобразоание 0,01 - 0,1 с, уступает своим еэисторным аналогам не только по быстроействию, но и точности, если рабочее наряжение изменяется в 10 - 100 раз и более, ак бывает в цепях с мерами сопративлеия.Целью изобретения является получение рямой пропорциональной зависимости оспроизводимого мерой сопротивления от оэффициента передачи кодоуправляемого елителя напряжения и упрощение управ- ения заявляемой мерой сопротивления, величение быстродействия и пределов поазаний последней. Цель достигается следующим образом;1) соединением сигнального вхо,га управляемого делителя напряжения с общими выводами первого и второго операционных силителей и соединением общего вывода правляемого делителя напряжения с выхоом и инвертирующим входом первого операционного усилителя;2) применением взамен ШИМ-делителя со специальной схемой управления реэисторнаго цифрового делителя напряжения;3) применением взамен однозначного неуправляемого масштабного образцового резистора управляемого мультирезистора, например, выполненного в виде блока 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 трансферов, чта увеличивает точность и количество пределов показания меры.На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема первого варианта заявляемого устройства; на фиг, 2 - схема второго варианта этого устройства.Обозначения на фиг. 1 и фиг. 2 следующие: 1 - первый входной зажим; 2 - второй входной зажим; 3 - образцовый резистор с сопротивлением Во; 4 - первый операционный усилитель; 5 - второй операционный усилитель; б - ШИМ-делитель напряжения;7 - схема управления делителем б; 8 - канал управления-информации схемы 7; 9 - реэисторный цифровой делитель напряжения;10 - каналуправления-информации делителя 9: 11 - масштабный мультирезистор; 12 - канал управления-информации мультиреэистора 11.Управляемая мера электрического сопротивления согласно фиг, 1 содержит подключенную к входным зажимам 1 и 2 следующую цепь;- образцовый резистор 3 с сопротивлением В первый вывод этого резистора соединен с первым входным зажимом и неинвертирующим входом операционного усилителя 4, второй вывод резистора соединен с общими выводами ("нулевыми" шинами) операционных уси. ителей 4 и 5 с сигнальным входом ШИМ-делителя 5;- общий вывод ШИМ-делителя 6 соединен с инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 4;- ШИМ-делитель 6 связан двумя проводниковыми каналами со схемой управления 7, имеющей свой канал управления-информации для установления и индикации требуемого коэффициента передачи делителя бР=О, Х 1 ХьХк1, (8) где Х 1 Хь, Хк - показания 1-го, , 1-го, ., К-го размеров делителя 6;- к выходу ШИМ-делителя 6 подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 5, инвертирующии вход и выход которого соединены с вторым входным зажимом 2.Во втором варианте заявляемого устройства согласно фиг. 2 сделаны следующие изменения:1) сложный и циклически работающий ШИМ-делитель заменен быстродействующим и более простым по управлению резисторным цифровым делителем 9 с каналам управления-информации 10 для ввода и индикации показаний Х 1, Х;, , Хк разрядов 1-го, 1-го, К-го коэффициента передачи (8);2) однозначный неуправляемый образцовый резистор 3 заменен масштабным1837380 51; 10;.;10; .10; 10 Ом, (9) чем обеспечить реализацию не одной, как у прототипа и варианта устройства согласно фиг, 1, а ряда шкал (пределов) показаний 10 варианта устройства согласно фиг. 2.Работа устройства основана на преобразовании тока 1. протекающего через устройство через входные зажимы 1 и 2 от внешней цепи(например, повторяемого ом метра) в падение напряжения г-г между зажимами 1 и 2, прямо пропорциональное величине сопротивления Во образцового резистора 3 (масштабного мультирезистора 11) и коэффициенту передачи цифрового де лителя напряжения 6 (на фиг. 1) или 9 (на фиг, 2).На фиг. 1 и 2 видно, что ток 1 при практически нулевом входном токе Лусилителя 4 полностью пройдет через 25 сопротивление Во резистора 3 (мультирезистора 11) и создаст на входе повторителя напряжения-усилителя 4 сигнал Во=10 Ом(10) 30 г. =1,Во,который усилитель 4 повторит между сигнальным входом и выходом ШИМ-делителя 6 (фиг. 1), делителя 9 для фиг. 2.Делитель 6 (фиг, 1) или 9 (фиг, 2) преоб разует сигнал 10 в два выходных сигнала; Вг-Р = О, ХгХьХк . 10 Ом40 Воэможность непосредственного управления величиной воспроизводимого сопротивления как по пределам - шкалам его изменения согласно (18), так и внутри пределов эа счет простого поразрядного кванто вания на основе простой и удобнойлинейной прямо пропорциональной зависимости этого сопротивления от коэффициента передачи используемых в вариантах этого устройства цифровых делителей обес печивает более высокую эффективностьпредлагаемого устройства по сравнению с прототипом и другими имитаторами-аналогами, характеризуемыми более сложными функциональными зависимостями.55 Формула изобретенияМногозначная мера электрического сопротивления, содержащая первый и второй входные зажимы, два операционных усилителя, цифровой делитель нэпрякения и обмультирезистором 11 с каналом управления-информации 12, с помощью которогоможно установить требуемое значение сопротивления В, из ряда 1) сигнал Р 0=0, ХгХг.Хк.Во = д (11) на основном своем выходе между общим выводом (шйной) и выходом,2) сигнал дА О,В = (1- Р)О = (1- О,ХгХ Хк.) Во (12) на дополнительном выходе между сигнальным входом и общим выводом (шиной).При указанном на фиг. 1 и фиг, 2 новом (по отношению прототипа) подключении операционного усилителя 5 своим общим выводом ("нулевой" шиной) к сигнальному входу делителя 6(фиг, 1)делителя 11(фиг. 2) усилитель 5 между своим выходом и соединенными общими выводами обоих усилителей повторяет сигнал (12), а именно. р =. р =(1-0, Хг.Х.,Хк)1 Во, (13) Падение напряжения между зажимами1 и 2 меры Ог.2 = г.- (14) где О =- Во - падение напряжения на сопротивлении Во,у - выходное напряжение усилителя 5,После подстановки (10) и (13) в (14) пол- учим 01-2 = . - ф =Во - (1-0, ХгХь .Хк),1 Во =О, ХгХьХк . 1 В (15) откуда в соответствии с законом Ома воспроизводимое мерой сопротивление Ог -Вг 2= О, Хг Хг.Хк Во,(16) Из выражения (16) следует, что сопротивление Вг.р заявляемого устройства, воспроизводимое между зажимами 1 и 2, прямо пропорционально коэффициенту передачи делителя напряжения 6(фиг. 1) делителя 11 (фиг, 2). более того, во втором варианте устройства предусмотрена воэможность изменения коэффициента (масштаба) пропорциональности в пределах ряда (9), чем обеспечивается получение следующего множества (массива) шкал воспроизводимых сопротивлений;Вг.Р = О, Хг,Хь,Хк, 1 ОмВг-Р = О, ХгХьХк.10 ОмХг Х Хк,10 Ом Вг-Р = О, ХгХХк. 10 Ом (18)р з с з в г ю вт д н р г ц ф н н о е щ и цовый резистор, первый вывод которого динен с токовыводом первого входного има и с неинвертирующим входом перо операционного усилителя, инвертируий вход и выход которого соединены, рой вывод образцового резистора соеен с общими выводами первого и втоо операционных усилителей, выход рового делителя напряжения соедис неинвертирующим входом второго рационного усилителя, инвертируюй вход которого соединен с его выходом торым входным зажимом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, образцовый резистор выполнен в виде управляемого масштабного мультирезистора. цифровой 5 вход которого является каналом установамасштаба меры, общие выводы первого и второго операционных усилителей подключены к входу, а выход первого операционного усилителя к общему выводу цифрового 10 делителя напряжения, цифровой вход которого является каналом установа нормализованной мантиссы требуемого значения сопротивления меры,1837380 Составитель А,ЧерновТехред М,Моргентал Корректор И Шмакова Редактор С,Ходакова при ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 каз 2870 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, МосквПодписноеа по изобретениям и открцтиЖ, Раушская наб., 4/5