Программируемая многозначная мера электрического сопротивления

(51)5 6 01 Й 27 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) НТНО Т ЗОБР ПИСАН АВТОРСКОМУ СВИ ЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро "Молния"(56) Авторское свидетельство СССР 1 ч) 1293843, кл. Н 03 М 1/66, 6 01 В 2/00, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1251313; кл. 6 01 й 27/00, 1986. (54) ПРОГРАММИРУЕМАЯ МНОГОЗНАЧНАЯ МЕРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ(57) Использование. в электроизмерительной технике. например, в качестве програм- . мируемой многозначной меры электрического сопротивления, предназначенной для автоматического установления Предлагаемое устройство относится к.электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве программируемой многозначной меры электрическогосопротивления, предназначенной для автоматического установления заданного сопротивления.Известна также программйруемая многозначная мера электрического сопротивления, содержащая блок управления. и операционных усилителей при числе декад резисторов а - 2 п, каждая декада содержит К одинаковых весовых резисторов и (К + 1) пар потенциальных и токовых ключей, причем установка заданного сопротивления в каждой декаде осуществляется путем последовательного включения необходимого количества весовых резисторов (узловых тозаданного сопротивления, Сущность изобретения; программируемая многозначная мера электрического сопротивления содержит ряд последовательно соединенных групп резисторов, управляемых потенциальных и токовых ключей, и операционных усилителей и резисторов обратной связи при числе групп резисторов и) = 2 п или и+1 операционных усилителей при числе групп резисторов п) = 2 п+1; блок управления, введено дополнительно и операционных усилителей, резисторов обратной связи и групп :последовательно включенных трех весовых резисторов, а также 4 п управляемых потенциальных и токовых ключей, что позволило повысить надежность устройства за счет уменьшения количества весовых резисторов и коммутирующих их ключей в каждой 3 группе при сохранении в ней необходимого числа ступеней. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл. чек соединения ступеней декад) к входу операционного усилителя через управляемый блоком управления потенциальный ключ.Недостатком устройства-прототипа является значительное количество весовых резисторов и коммутирующих их ключей (потенциальных и токовых), используемых при установке заданного сопротивления в каждой декаде, что снижает надежность работы устройства.Указанный недостаток вызван тем, что для обеспечения изменения результирующего сопротивления декады пропорционально числу ступеней К и сопротивлению единичного весового резистора Впколичество равнозначных весовых резисторов Вп, устанавливается равным количеству пар ключей минус единица, количество которых равно количеству ступеней К. При этом результирующее максимальное сопротивление прототипа определяется выражениемВ;= 10 В 1 (2) где В 1 - сопротивление одного весового резистора декады младшего разряда,Таким образом, сложность одной декады и всего устройства возрастает пропорционально числу ступеней переключения весовых резисторов Вв.Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности устройства за счет уменьшения количества весовых резисторов и коммутирующих их ключей в каждой декаде при сохранении в ней необходимого числа ступеней.Поставленная цель достигается тем, что в программируемую многозначную меру электрического сопротивления, содержащую ряд последовательно соединенных групп резисторов, уп равля емых: потенциальных и токовых ключей, блок управления, и операционных усилителей и резисторов обратной связи при числе групп резисторов а = 2 п или и+1 операционных усилителей при числе групп резисторов а = 2 п + 1, причем входы операционных усилителей через соответствующие управляемые потенциальные ключи подключены к узловым точкам соединения ступеней смежных групп резисторов, выходы операционных усилителей соединены через соответствующие резисторы обратной связи и управляемые токовые ключи с указанными узловыми точками, выходы блока управления соединены с управляющими электродами соответствующих токовых и потенциальных ключей, введены и дополнительных операционных усилителей, резисторов обратной связи.и групп последовательно включенных трех весовых резисторов. 4 п пар управляемых потенциальных и токовых ключей, причем один из входов каждого дополоительногр операционного усилителя соединен с началом соответствующей группы резисторов смежных групп и через соответствующий дополнительный резистор обратной связи соединен с выходом того же операционного усилителя и через соответствующие дополнительные управляемые токовые ключи подключен к узловым точкам соединения дополнительных весовых резисторов, второй вход каждого дополнительного операционного усилителя соединен через соответствующие дополнительные10 15 20 25 30 35 потенциальные ключи с укаэанными узловыми точками, начала дополнительных групп резисторов соединены между собой, величина сопротивления двух введенныхкрайних весовых резисторов каждой группы равна половине сопротивления весового резистора ВпЯВВщ 1 з = -2включенного между смежными узловыми точками группы резисторов младшего разряда двух смежных разрядных групп, объединенных одним из и операционных усилителей, величина и количество которых в каждой иэ этих групп определяется выражениямиВп = 10 В 1а(ВХи й = -- 1 = - для четного значения К,2 ВщКили М = -- 0,5 - для нечетного значения К, где К- число ступеней переключения одного разряда;Й- результирующее максимальное сопротивление группы резисторов одного разряда;а = 1, 2, 3, 4,2 п, где нечетный номер соответствует группе младшего разряда, а четный - группе старшего разряда резисторов;В 1- величина весового резистора, включенного между смежными узловыми точками группы резисторов самого младшего разряда всего устройства (для а = 1), величина введенного среднего весового резистора каждой группы равна половине разности сопротивлений весовых резисторов двух смежных разрядных групп 40 яВ 2где а+1, а =. 2,1; 4,3; 6,5;, соответственно; блок управления содержит. генератор прямоугольных импульсов, 4 п + 1 элементов И, 45 а реверсивных счетчиков, блок определения направления счета реверсивных счетчиков, а дешифраторов "1 из К", а(2 + й) элементов ИЛИ, а инверторов, блок задания требуемого значения сопротивления, 50 блок сравнения кодов, две шины "Сброс" и"Направление отсчета", причем выход генератора подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом блока определения направле ния счета, второй вход которого соединен сшиной "Направление отсчета", первый и второй выходы блока определения направления счета соединены соответственно со счетными входами сложения (+1+ и вычитания (-1) первого реверсивного счетчика, вы10 15 20 25ЗО 35 40 45 50 55 ходы переноса " 9" и займа " 0" каждого реверсивного счетчика (кроме пт-го) соединены соответственно со счетными входами "+1" и " - 1" последующего реверсивного счетчика, входы установки Й исходного состояния каждого реверсивного счетчика объединены и соединены с шиной "Сброс", выходы 0 каждого реверсивного счетчика соединены с входами соответствующих дешифраторов и с соответствующими входами 1,2е блока сравнения кодов, (гп+ 1)-й вход которого соединен с выходом блока задания требуемого значения сопротивления, выход блока сравнения кодов соединен с вторым входом первого элемента И, четные выходы каждого из дешифраторов подключены к соответствующим входам соответствующего из в элементов ИЛИ и первым входам каждого из 1+ Й элементов ИЛИ, нечетные выходы каждого из дешифраторов подключены соответственно к вторым входам 1 + К элементов ИЛИ, выход каждого нечетного из а элементов ИЛИ соединен с входом соответствующего инвертора, вход и выход которого подключены соответственно к первым входам двух нечетных и двух четных из 4 п элементов И, выход каждого четного из щ элементов ИЛ И соединен с входами соответствующего инвертора, вход и выход которого соединены соответственно со вторыми входами двух смежных пар из 4 п элементов И, выходы каждого из 1+ й элементов ИЛИ двух смежных групп этих элементов формируют сигналы управления пар ключей двух смежных групп весовых резисторов младшего и старшего разрядов соответственно, объединенных одним из и операционных усилителей, а выходы каждых четырех из 4 п элементов И, связанных с каждой соответствующей парой смежных из в элементов ИЛИ, формируют сигналы управления соответствующих четырех пар дополнительных ключей одной соответствующей из и групп, состоящей из трех весовых резисторов.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления для. К= 10, гп = 2.Устройство состоит (фиг, 1) из блока управления 1, источника 2 питания, операционных усилителей 3 - 6, резисторов 7-10 обратной связи, весовых резисторов 11-32, входящих в группы резисторов 33 - 38, управляемых потенциальных ключей 39 - 66 и токовых ключей 67-94, в качестве которых могут быть использованы оптроны, причем входы операционных усилйтелей 3 и 6 через потенциальные ключи 39 - 48 и 57-66, а их выходы через токовые ключи 67-76 и 85-94 подключены к точкам соединения резисторов 11 - 14, 15 - 18, 2528, 29 - 32, первые входы операционных усилителей 4 и 5соединены с началами групп резисторов 34 и 37 соответственно и через резисторы обратной связи 8 и 9 - с выходами операционных усилителей 4 и 5, которые черезуправляемые токовые ключи 77-80 и 81-84, а вторые входы операционных усилителей 4и 5 через потенциальные ключи 49-52 и 5356 подключены к точкам соединения резисторов 19-21 и 22-24; которые образуют соответствующие группы резисторов 35 и 36, начала которых соединены,Блок управления 1 (фиг. 2) состоит из генератора 95, элементов И 96-100, блока 101 определения направления счета реверсивных счетчиков 102 и 103, дешифраторов "1 из К" 104 и 105, элементов ИЛИ 106-117, инверторов 118 и 119, блока 120 заданиятребуемого значения сопротивления, блока сравнения кодов 121, шины "Сброс" 122 и шины "Направление отсчета" 123, причем выход генератора 95 подключен к первому входу элемента И 96, выход которого соединен с первым входом блока определения направления счета 101, второй вход которого подключен к шине 123 "Направление отсчета", а первый и второй выходы - к счетным входам сложения "+1" и вычитания "-1" реверсивного счетчика 104 соответственно, выходы переноса "9" и займа "О" которого соединены соответственно со счетными входами "+1" и " - 1" реверсивного счетчика 103, входы установки й исходногосостояния счетчиков 102 и 103 соединены с шиной 122 "Сброс", а их выходы О - с дешифраторами 104 и 105 соответственно, причем выходы .счетчиков 102 и 103 одновременно подключены к первому и второмувходам блока 121 сравнения кодов соответственно, а+1)-й вход которого соединен с выходом блока 120 задания требуемого значения сопротивления, а выход - со вторым входом элемента И 96, четные выходы каждого из дешифраторов 104 и 105 подключены ко входам элемента ИЛИ 106 и к первым входам элементов ИЛИ 108 - 112, и к входам элемента ИЛИ 107 и к первым входам элементов ИЛИ 113 - 117 соответственно, а нечетные - ко вторым входам элементов ИЛИ 108 - 112 и 113-117 соответственно, выход элемента ИЛИ 106 соединен с первыми входами элементов И 97 и 99 и через инвертор 11.8 - с первыми входами элементов И 98 и100, а выход элемента ИЛИ 107 - со вторыми входами элементов И 97 и 98 и через инвертор 119 - со вторыми входами элементов И 99 и 100, выходы элементов ИЛИ 108 - 112 и ИЛИ 113-117 формируют сигналы управления пэр ключей 39;67-43,71 и 44,72-48,76 групп 33 и 34 (фиг. 1) соответственно, а выходы элементов И 97-100 - пар ключей 49,77 - 52,80 группы 35 соответственно.Устройство (фиг. 1 работает следующим образом.Блок управления 1 после подачи сигнала "Сброс" и сигнала "Направление отсчета" по шинам 122 и 123 (фиг. 2) соответственно, формируют на своих выходах (на выходах элементов ИЛИ 108-117 и элементов И 97-100) последовательности логических сигналов с тактовой частотой, заданной генератором 95, подаваемые на управляемые ключи 39-94, как показано на фиг, 2 и в таблице для групп 33-35.В этом случае усилитель 3 своими входами, а усилитель 4 своим вторым входом через периодически замыкаемые контакты ключей 39 - 48 и 49 - 52 (по таблице 1 соответствует замыканию контактов, а "0" - размыканию), соответственно, а резистор 7 обратной связи своими выводами и резистор 8 своим вторым выводом через периодически замьгкаемые контакты ключей 67-76 и 77-80 соответственно подключают.- ся к узловым точкам групп резисторов 33(1), 34(2) и 35 соответственно; усилитель 6 своими входами, а усилитель 5 своим вторым входом через периодически замыкаемые контакты ключей 57-66 и 53-56 соответственно, а резистор 10 обратной связи своими выводами и резистор 9 своим вторым выводом через периодически замыкаемые контакты ключей 85-94 и 81-84 соответственно подключаются к узловым точкам групп резисторов 37 (3), 38 (4) и 36 соответственно. При этом цепи обратной связи усилителей 3-6 также периодически замыкаются и они создают между узловыми точками групп резисторов ЗЗ и 34, 34 и 35, 36 и 37, 37 и 38 разности потенциалов. равные нулю, иск.лючив тем самым влияние включенных в цепь тока резисторов 7-10 обратной связи и ключей 39-94.Как следует из таблицы состояний устройства, его результирующее сопротивление между входами "0" групп 33 и 38 изменяется по закону В ; = К (3) где К=О, 1, 2, 3(10" - 1) - номер ступени переключения устройства;81 - сопротивление каждого из весовых резисторов 11 - 14 группы 33 (1) младшего разряда;п 1 - количество разрядных групп устройства; 10 - число ступеней переключения одного разряда групп 33 (37) совместно с 35(36) или групп 34 (38) совместно с 35 (36,а величина сопротивления каждого из весо 5 вых резисторов (15-18, 25-28. 29-32), расположенных между смежными узловымиточками групп 34, 37, 38, определяется извыраженияВ = 10 "81 (4)10 при условии, что величина сопротивлениякрайних резисторов (19 и 21, 22 и 24) дополнительных групп 35 и 36 для каждой из этихгрупп одинакова и выбирается равнойВвВщ 1,3 = (5)для значений е = 1,3,5(2 п),а величина сопротивления средних резисторов (20 и 23) каждой из этих групп равнаполовине разности сопротивлений резисто 20 ров двух смежных групп (33 и 34,37 и 38)В в+1 ВщВе 2 =2(6)что для нашего примера на фиг. 1 определяется какВ 18 - 811 823 829 - 828Сравнивая представленное в новом виде выражение (1) для прототипаВХд30 К " = - = ч 1 д (7).Вви выражение (3) для предлагаемого устройства для одного разрядаВХ- = - = М 2 (8)П 3видно, что в предлагаемом техническом решении по сравнению с прототипом в каждойиз групп 33, 34, 37, 38 в сочетании с дополнительными группами 35 и 36 требуется весовых резисторов почти в два раза меньшепри одном и том же количестве ступеней К,шаге нарастания (спада) сопротивления исуммарном сопротивлении эквивалентнойдекады,Для подтверждения работы устройствав таблице его состояния показано изменение результирующего сопротивления групп33 - 35 при 81 = 811,. 814 .= 20 Ом, 82 =815818 = 200 Ом,50 Вв 1.3 = 819 = 821 = 10 Ом.Вв 2 = 820 = 90 Ом,Для установки заданного сопротивления в предлагаемой многозначной мере достаточно с помощью блока 120 задания55 требуемого значения сопротивления (кода)(фиг, 2) установить соответствующий код, скоторым сравнивается в блоке 121 сравнения кодов двоичная информация, поступающая с выходов счетчиков 102 и 103, При ихсовпадении с выхода блока 121 нэ второйвход элемента И 96 поступает сигнал запрета (логический "0"), который прекращаетподачу импульсного сигнала с выхода генератора 95 на счетчик 102, что вызывает остановку всего устройства.Для придания реверса в процессе отсчета заданного сопротивления в многозначной мере с целью оперативности ееуправления необходимо подавать сигналылогического "0" или "1" на шину 123.Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой надежностьюпо сравнению с известным в связи с упрощением многозначной меры электрического сопротивления, так как при одном и томже количестве ступеней К, шаге нарастания(спада) сопротивления и суммарном сопротивлении групп резисторов, эквивалентныхдекаде, количество весовых резисторов соК - 1кращается в 2 К . раэ в одной эквивэленК - 1тной декаде и в 2 К п 1 всего устройства,2 Ка количество пар ключей - в К + 2 в одной2 Кэквивалентной декаде и в К + 2 л 1 всегоустройства,Использование дополнительно операционного усилителя и резистора обратнойсвязи, охваченных глубокой отрицательнойобратной связью, практически не влияет нанадежность устройства в целом..Формула изобретения1. Программируемая многозначная ме" ра электрического сопротивления, содержащая ряд последовательно соединенныхгрупп резисторов, управляемых потенциальных и токовых ключей, блок управления,и операционных усилителей и и резисторовобратной связи при числе групп резисторовп 1 = 2 п или и + 1 операционных усилителейпри числе групп резисторов гп = 2 п + 1,причем входы операционных усилителей через соответствующие управляемые потенциальные ключи подключены к узловымточкам соединения ступеней смежныхгрупп резисторов, выходы операционныхусилителей соединены через соответствую.щие резисторы обратной связи и управляемые токовые ключи с указанными узловымиточками, выходы блока управления соеди.нены с управляющими электродами соответствующих токовых и потенциальныхключей, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что; сцелью повышения надежности многозначной меры, в нее введены и дополнительныхоперационных усилителей, и резисторов обратной связи и и групп последовательновключенных трех весовых резисторов, 4 ппар управляемых потенциальных и токовых ключей, причем один из входов каждого дополнительного операционного усилителя соединен с началом соответствующей группы резисторов смежных групп и через соответствующий дополнительный резистор обратной связи соединен с выходом того же операционного усилителя и через соответствующие дополнительные управляемые токовые ключи подключены к узловым точ 5 10 кам соединения весовых резисторов, второй вход каждого дополнительного операционного усилителя соединен через соогветствующие дополнительные потен 15 циальные ключи с указанными узловыми точками. начала дополнительных групп резисторов соединены между собой, величина сопротивления двух введенных крайних весовых резисторов каждой группы равна по 20 ловине величины сопротивления весовогойврезистора Йп этой группы йв 1 з = 2),включенного между смежными узловымиточками группы резисторов младшего разряда двух смежных разрядных групп, обьединенных одним из и операционных усилителей. величина и количество которых в каждой из этих групп определяется выражениями Вп = 10 В 1,ВУ1 ч = К/2 - 1 = - для четного значенияйв 30 2,Мерапоп,1,отличающаяся тем,что блок управления содержит генератор К,или й = К/2 - 0,5- для нечетного значения35 К соответственно,где К - число ступеней переключения одногоразряда;В - результирующее максимальноесопротйвление группы резисторов одногоразряда;п 1 = 1, 2, 3, 4 2 п, где нечетный номерсоответствует группе младшего разряда, ачетный - группе старшего разряда резисторов,В 1- величина весового резистора, включенного между смежными узловыми точками группы резисторов самого младшего. разряда всегоустройСтва(для п 1 =1),величина сопротивления среднего весовогорезистора каждой группы равна половинеразности сопротивлений весовых резисторов двух смежных разрядных группй в+1 ВеВа 2 -где е + 1, гп = 2, 1; 4, 3; 6, 5; соответственно,1812523 10 30 Нокер такта тенер тора блока управ ленив Полпяение упраелленкк кличей 59-52, 67-80 8,76 1,69 42, 70 0О 0 О 0 0+а, +в ОО 1+2 А 17 8 19 481+8, +а,кдд нфд 48+28 +Впд В 2 190 200 0О О 0 О агеа,ФВ тагВ+Вг+а О О О 2 .1 22 0 1 ггд О 1 О0 1 0 0 О 0 О О О О прямоугольных импульсов,4 п+1 элементов И, гп реверсивных счетчиков. блок определения направления счета реверсивных счетчиков, щ дешифраторов н 1 из К", гп(2 + ч) элементов ИЛИ, в инверторов, блок задания требуемого значения сопротивления, блок сравнения кодов, две шины "Сброс" и "Направление отсчета", причем выход генератора подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с первым входом блока определения направления счета, второй вход которого соединен с шиной Направление отсчета", первый и второй выходы блока определения направления счета соединены, соответственно, со счетными входами сложения н+1 н и вычитания нн первого реверсивного счетчика, выходы переноса н9 н и займа н0" каждого реверсивного счетчика (кроме и-го) соЕдинены, соответственно со счетными входами н+1" и " - 1" последующего реверсивного счетчика, входы установки Я исходного состояния каждого реверсивного счетчика объединены и соединены с шиной "Сброс", выходы О каждого реверсивного счетчика соединены с входами соответствующих дешифраторов и соответствующими входами 1, 2 в блока сравнения кодов, (щ + 1)-й вход которого соединен с выходом блока задания требуемого значения сопротивлейия, выход блока сравнения кодов соединен с вторым входом первого элемента И, четные выходы каждого из дешифраторов подключены к соответствующим входам соответствующего из и элементов ИЛИ и первым входам каждого из 1 + й элементов ИЛИ, нечетные выходы каждого из дешифраторов подключены соответственно к вторым входам 1 + Й элементов ИЛИ, выход каждого нечетного из а элементов ИЛИ соединен с входом соответствующего инвертора, вход и выход которого подключены соответственно к первым входам двух нечетных и двух четных из 4 п элементов И, выход каждого четного из т элементов ИЛИ соединен с входом соответствующего инвертора, вход и выход которого соединены соответственно с вторыми входами двух смежных пар из 4 п элементов И, выходы каждого из 1+ М элементов ИЛИ двух смеж ных групп этих элементов формируют сигналы управления пар ключей двух смежных групп весовых резисторов младшего и старшего разрядов соответственно, обьединенных одним из и операционных усилителей,25 а выходы каждых четырех и 4 п элементов И,связанных с каждой соответствующей парой смежных из еэлтедментов ИЛИ, формируют сигналы управления соответствующих четырех пар дополнйтельных ключей одной соответствующей из и групп, состоящей из трех весовых резисторов.1812523 Составитель Е, МузыченкоТехред М. Моргеитал орректор О. Кравцо Заказ 1574 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 475 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 я ф Я В" а йр -. г Р Ъ ф ф 4 4 % %