Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК се си) сю . С 06 С 7/26 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВ теля одкл ГОСУДАРСГВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕ"Энергия", 1967. с, 50.2. Авторское свидетельство СССРВ 432535, кл. С 06 С 7/26. 1972.(54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий дифФеренциальныйоперационный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с шинойнулевого потенциала, й аппроксимирующих ячеек, первые и вторые входыкоторых подключены соответственнок отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходомпреобразователя, выходыаппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные резисторы подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, каждая из и. аппроксимирую-.щих ячеек содержит операционныйусилитель, вход которого соединен спервыми выводами первого, второго итретьего масштабных резисторов ипервым выводом первого ограничительного диодного элемента, а вторые .выводы первого и второго масштабныхрезисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки,выход операционного усилителя че- .рез второй ограничительный диодныйэлемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что,.с целью повышения надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя, в него введены , ннвертор, вход которого подключен к. выходу дифференциального операционного усилителя, а выход через (+1)-й входной масштабный резистор - к входу преобразователя и неИнвертирующему входу дифференциального операционного усили .коммутатор, выходы которого и ючены к выходам соответствующих о аппроксимирующих ячеек, дополнитель- р ные выходы которых подключены к со. ответствующим входам блока индикации, причем в каждую из Иаппроксимирующих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы, корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель,включенный между выходом аппроксимирунищей ячейкии вторым выводом третьего масштабного резистора,коллектор транзистора подключен к до" полнительному выходу аппроксимирующей ячейки, который через первый нагруэочный резистор подключен к положительной шине источника дву- полярного опорного напряжения,эмит.тер транзистора через второй нагрузочный резистор подключен к шине нулевого потенциала и второму выводу первого ограничительного диод- ного элемента, база транзистора подключена к .выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент выполнен на двух последова1111181 тельно включенных разноименнымивыводами диодах, общий вывод которых 1.Изобретение относится к аналоговой технике, в частности к диодным функциональным преобразователям ток-напряжение.Известен диодный функциональный преобразователь, содержащий инвер" тирующий операционный усилитель с масштабным резистором в цепи отрицательной обратной связи иаппроксимирующих ячеек, первый и вто рые входы которых подключены соответственно к источнику опорного напряжения и выходу операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы И, аппрок симирующих ячеек подключены к входу операционного усилителя, каждая из 1 аппроксимирующих ячеек содержит два масштабных резистора, первые выводы которых подключены к первому 20 выводу ограничительного диода, второй вывод которого соединен с выходом аппроксимирующей ячейки, вторые выводы масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппрок симирующей ячейки П,Недостатками данного преобразователя являются низкие точность и стабильность преобразования из-за влияния напряжения смещения открытых диодов.Наиболее близок,к предлагаемому функциональный преобразователь,содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вхор которого соединен с шиной нулевого35 потенциала, И аппроксимирующих ячеек, первые входы которых подключены к источнику двуполярного опорного напряжения, вторые входы - к выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, третьи входы - к входу преобразователя, выходы И аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные резисторы подключены к неинвертирующему45 входу дифференциального операционного усилителя, неинвертирующий вход через корректиругющий резистор соединен с шиной нулевого потенциала. 2дифференциального усилителя через токозадающий масштабный резистор связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения,каждая из 11 аппроксимирующих ячеексодержит операционный усилитель, входкоторого соединен с первыми выводамипервого, второго, третьего и четвертого масштабных резисторов и первымвыводом первого ограничительногодиодного элемента, вторые выводыпервого", второго и третьего масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки, второй вывод четвертого масштабного резистора соединен с выходомаппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя соединен с вторым выводом первого ограничительногодиодного элемента и через второйограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующейячейки Г 2 1,Недостатком известного функционального преобразователя являетсяотсутствие контроля включенных участков аппроксимации, что понижает надежность работы устройства.Цель изобретения - повышение надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя.Поставленная цель достигаетсятем, что в функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен сшиной нулевого потенциала, -1 аппроксимирующих ячеек, первые и вторыевходы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемусявыходом преобразователя, выходы г 1аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные ре3 1111 зисторы подключены к неинвертирующе му входу дифференциального операционного усилителя, каждая из о аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами первого, второго и третьего масштабных резис" торов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента. авторые выводы первого и второго мас штабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя через второй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки,введены инвертор, вход которого подключен к выходу дифференциального опе" рационного усилителя, а выход через +1)-й входной масштабный резистор подключен к входу преобразователя и неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих д аппроксимирующих ячеек, дополнительные выходы которых подключены к соответствующим входам блока индикации, причем в каждую из о аппроксимирующих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы,30 корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора, коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки, который через первый нагрузочный резистор подключен к положительной шине источника двуполярного опорного напряжения, эмиттер через второй нагрузочный резистор - к шине нулевого потенциала и второму выводу первого ограничительного диодного элемента, база - к выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент выполнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, общий вывод которых через корректирующий резистор соединен .с шиной нулевого потенциала.На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя, на фиг.2 - принципиальная схема аппроксимирующей ячейки, на фиг.3 - переходная характеристика иреобразователя 0 ЬыР О вй 181 4Функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит дифференциальный операционный усилитель 1, неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом преобразователя, аппроксимирующие ячейки 2,1-2. Н, первые входы которых подключены к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения (-Ц), вторые входы - к выходу дифференциального операционного усилителя 1, инвертор 3, входные масштабные резисторы 4. 1-4. (о+1), коммутатор5, выходы которого подключены к выходам соот- ветствующих аппроксимирующих ячеек 2. 1-2.и, и блок 6 индикации, входы которого подключены к дополнительным выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек 2,1-2,рКаждая аппроксимирующая ячейка 2,1-2.и (фиг.2) содержит операционный усилитель 7, инвертирующий вход которого через первый 8 и второй 9 масштабные резисторы связан с первым и вторым входами аппроксимирующей ячейки, масштабный резистор 10 об-, ратной связи, первый 11,и второй 12 ограничительные диодные элементы, диоды 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала, повторитель 1 б, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и масштабным резистором 1 О, транзистор 17 выполняющий функцию ключевого элемента, коллектор которого подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор 18 связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, а эмиттер через второй нагрузочный резистор 19 связан с шиной нулевого потенциала и подключен к первому ограничительному диодному элементу 11,Фнукциональный преобразователь работает следующим образом.В режиме "Работа" на вход дифференциального операционного усилителя 1 поступает входной ток ъв (фиг. 1 и 3), при этом сигналы с кЬммутатора 5 отсутствуют.При работе на первом участке ап"проксимации, когда О й.1 в 4 1 в ф коэффициент преобразования функционального преобразователя определяется входнью масштабным резистором 4, (й.+1) и коэффициентом усиления435 где Овцх (ю ) напряжение на выходе усилителя 1 40 в точке изменения крутизны в конце (в)-го участка аппроксимации, входной ток нат-м45 участке аппроксима- ции) 1 ВХ а - коэффициент усиления50по второму входу аппроксимирующейячейки 2.л,;- напряжение дрейфапреобразователя,приведенное к входуусилителя,.на е -мучастке аппроксимаинвертора Э. Входные масштабные резисторы 4.1-4.1", на первом участке аппрОксимации не влияют на коэффициент преобразования, так как они не включены в цепь отрицательной 5 обратной связи усилителя 1 вследствие того, что диоды 13 и 14 ограничительного диодного элемента 12 (фиг.2) аппроксимирующих ячеек 2.1-2. закрыты в результате действия опорного напряжения - 0 источника двуполярного опорного напряжения.При входном токеъвс-з ( ън под действием напряжения с выхода дифференциального операционного усилителя 1 диоды 13 и 14 аппроксимирующей ячейки 2.1 открываются и в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 включается входной масштабный резистор 4.1 через ап проксимирующую ячейку 2. 1.С ростом входного тока все большее число ацпроксимирующих ячеек и связанных с ними входных масштабных резисторов включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, приводя к скачкообразному уменьшению коэффициента преобразования.Для ю -го участка аппроксимации 30 напряжение на выходе преобразователя определяют из выражения Из выражения (1) и фиг,З видно,что преобразователь воспроизводитна выходе монотонную функцию с убывающей крутизной, которая изменяется скачкообразно в узловых точках,задаваемыхвеличиной опорного напряжения и параметрами аппроксимирующих ячеек.Аппроксимирующая ячейка работаетследующим образом.На первый вход каждой аппроксимирующей ячейки (масштабный резис-тор 8) подается опорное напряжение - о а на второй вход (масштабный резистор 9) - напряжениеЦе с выхода дифференциальногооперационного усилителя 1.Если - -- .0 то напряжеОвьч ОфВние на выходе операционного усилителя 7 положительно, В данном случаеотрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через открытыетранзистор 17 и первый ограничительный диодный элемент 11, Выбором величины сопротивления второго нагрузочного резистора 19 можно изменятьстепень насыщения транзистора 17,т.е, перепад напряжения на первомнагрузочном резисторе 18. Диоды 13и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 закрыты положительным напряжением с. выхода усилителя7, и отрицательная обратная связьчерез повторитель 16 и масштабныйрезистор 10 отсутствует: напряжение на основном выходе аппроксимирующей ячейки равно нулю,Если -" ), то напряже"еыс оФч 1 вние на выходе операционного усилителя 7 изменяет полярность на отрицательную. Транзистор 17 и первыйограничительный диодный элемент 11закрываются, а диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 открываются, Отрицательнаяобратная связь усилителя 7 осуществляется через повторитель 16и масштабный резистор 1 О. КоэфФициент усиления аппроксиюрующейячейки но второму входу определяется в данном случае из выраженияЬоГгл а,Напряжение с коллектора транзистора 17 через дополнительный выход поступает на один из входов блока 61111181 30 7индикации, который дает информацию о включенном участке аппроксимации.Второй ограничительный диодный элемент 12 выполнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала. Такое выполнение диодногоэлемента 12 позволяет уменьшить влияние сопротивлений диодов 13 и 14 и их емкостей в запертом состоянии на точность и полосу пропускания аппроксимирующей ячейки.Включение повторителя 16 на операционном усилителе между вторым ограничительным дйодным элементом 12 и масштабным резистором 10 позволяет практически исключить влияние шунтирующего действия невключенных входных масштабных резисторов 4, 1-4, о на передаточную характеристику преобразователя и на напряжение смещения нуля, так как связь их с шиной нулевого потенциала происходит в данном случае не через относительно низкоомный масштабный резистор 10, а через входное сопротивление повторителя 16, которое может быть выбрано достаточно большим.В режиме "Контроль" измеряютея напряжения на выходе функционального преобразователя в узловых точках, что позволяет определять напряжение смещения нуля для всех участков аппроксимации без подачи калибровочного тока на вход преобразователя.Выбор контролируемого участка аппроксимации происходит по командам коммутатора 5. При контроле, первого участка аппроксимирующие ячейки 2.1-2,ч и входные масштабные резисторы 4.1-4.и не включены в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операцион-, ного усилителя1 Напряжение смещения на выходепреобразователя зависит от напряже-,ния смещения дифференциального операционного усилителя и инвертора3. При контроле второго участкааппроксимации с коммутатора 5 навыход аппроксимирующей ячейки 2,1поступает сигнал, открывающий диоды13 и 14 диодного элемента 12, в ре зультате чего цепь отрицательнойобратной связи усилителя 1 дополнительно к предыдущему включаетсячерез аппроксимирующую ячейку2.1 входной масштабный резистор 4,1.15 Напряжение на выходе преобразователязависит и от напряжения смещениянуля аппроксимирующей ячейки 2.1.При контроле ю -го участка аппроксимации с коммутатора 5 поступают 20 сигналы на выходы аппроксимирующихячеек 2.1-2.(а), открывающиедиоды 13 и. 14 диодных элементов 12данных аппроксимирующих ячеек.Напряжение на выходе преобразова 25 теля при контроле ю -го участкааппроксимации определяют из выражения"ЬЫ ЮгЛ Къебйй Р 1Я, 1 АРю где 14,- коэффициент усиления по первому входуаппроксимирующейячейки 2.ъТаким образом, напряжение смещения нуля может быть найдено для каждого участка аппроксимации.При контроле номер участка аппроксимации, как и при работе, указывается блоком 6 индикации.Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет осуществлятьконтроль преобразователя с одновременной индикацией включенных участ ков аппроксимации беэ использованиякалибровочного тока, а следовательно,повысить надежность его работы.Составитель Ц Зайц Техред М,Кузьма Редактор Л. Пчелинска ктор М, Шарощи Заказ 6312/40 69 ВНИИПИ Г енного к по дел113035, Мос етении Рауас Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж ударст м изоб а, ЖПодписномитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5