CS213731B1 - Zapojení analogového funkčního převodníku - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je zapojení analogového funkčního převodníku a převodem výstupního napětí, které řeší problém vzájemné závislosti podle vztahu UyýB2 ■ uvst Převodník podle vynálezu je připojen jednak na obvod pro teplotní kompenzaci a jednak přes diferenční operační zesilovač, odečítací výstupní odpor a dělič výstupního napětí na řetězec ovládacích odporů řídícího děliče spínacího napětí. Zapojení podle vynálezu lze realizovat jako jednokvadrantové či jako dvoukvadrantové, přičemž odlišnost těchto provedení spočívá ve spojení běžce děliče výstupního napětí s řetězcem ovládacích odporů řídícího děliče spínacího napětí. Zapojení převodníku podle vynálezu je použitelné obecně v automatizačních systémech a měřící technice, konkrétně pak pro simulaci výkonové charakteristiky ozonizátoru, či lineárních spotřebičů.

Description

Předmětem vynálezu je zapojení analogového funkčního převodníku s převodem výstupního

O napětí, které řeší problém vzájemné závislosti podle vztahu Zapojení tohoto druhu se často vyskytuje a používá v automatizačnioh systémech a měřící technice.

Dosud známé převodníky tohoto typu, zejména tzv. kvadrátory pro měření či regulaci střídavých napětí se vytváří pomocí diodových převodníků. To ve svém důsledku znamená, že diody s určitým předpětím fungují jako spínače odporů zvolených hodnot, které jsou připnuty k další odporové kombinaci tak, aby výstupní napětí mělo odpovídající velikost.

Převodníky proto bývají v nej jednodušším případě sestaveny z menšího počtu diod - spí nacích stupňů. Jejich nevýhodou je však v tomto případě malá přesnost.

Náročnější provedení převodníků se vyznačují větším počtem vstupů, odstupňovaně volenými připojovanými odpory a poměrně složitou soustavou předpělových odporů. Jsou přesnější než převodníky jednoduché, avšak návrh takového diodového převodníku je poměrně složitý, nebol musí zohledňovat všechny vlivy, které do obvodu zavádějí ne zcela vyhovující polovodičové diody svými odpory v závěrných a vodivých směrech a přechodových stavech. Rovněž převáděné napětí musí mít dosti značnou velikost tak, aby se právě vlivy spínacích diod projevily co nejméně.

Popsané nevýhody jsou odstraněny u zapojení analogového funkčního převodníku podle vy nálezu, jehož podstatou je, že jeho vstup je připojen přes vstupní odpor jednak na kompenzační odpor a přes obvod pro teplotní kompenzaci na jeho výstup a jednak rovněž přes symetrizační odpor diferenčního operačního zesilovače na neinvertujioí vstup diferenčního operačního zesilovače. Výstup diferenčního operačního zesilovače je spojen přes odečítaoí výstupní odpor s výstupem převodníku a se vstupem děliče výstupního napětí, jehož vstup je uzemněn a běžec je zapojen na řetězec ovládacích odporů řídícího děliče spínacího napětí, přičemž ke spojům jednotlivých ovládacích odporů řídícího děliče spínacího napětí jsou dále přes bázové odpory připojeny báze spínacích tranzistorů. Kolektory těchto tranzistorů jsou uzemněny, zatímco jejich emitory jsou přes poměrové odpory převodníku připojeny společně přes symetrizační odpor převodníku k invertujícímu vstupu diferenčního operačního zesilovače a přes zpětnovazební poměrový odpor rovněž k výstupu převodníku.

Zapojení je použitelné jednak pro funkční převod U_yý_st K . U_vs^. pro I. kvadrant, jednak pro funkční převod U_yý_st = K . U_vs^. pro III. kvadrant, přičemž použité tranzistory jsou typu PNP.

Pro dva zbývající kvadranty platí tytéž funkční převody, avšak jako spínací tranzisto ry jsou použity tranzistory typu NPN.

Při jednokvadrantovém zapojení analogového funkčního převodníku je při daných funkčních převodech nutno zapojit běžec děliče výstupního napětí na první nebo poslední článek řetězce ovládacích odporů.

Při dvoukvadrantovém zapojení analogového funkčního převodníku je naopak nutno zapojit běžec děliče výstupního napětí mezi dva středová články řetězce ovládacích odporů.

Výhodou zapojení podle vynálezu je především jeho vysoká přesnost, dále, nevyskytují se obtíže s vybíráním různých odporů a různých odporových hodnot pro vlastní převodník.

Rovněž je zde patrná i jednodušší teplotní kompenzace převodníku. Podstatnou výhodou je ta

213 731 ké možnost aplikace zapojení na jedno- či dvoukvadrantové provedení a přizpůsobení různým funkční* převodům. Při stejném počtu součástek je jednokvadrantové provedení přesnější.

Příkladné zapojení analogového funkčního převodníku podle vynálezu je znázorněno na přiloženém schématu.

Vstupní napětí ^Uvst připojeno na vstup £ převodníku, k němuž je přes vstupní odpor 10 vstupního děliče a symetrizační odpor 2 diferenčního operačního zesilovače % připojen neinvertující vstup diferenčního operačního zesilovače 2· Do bodu spojení vstupního odporu 10 vstupního děliče se symetrizačním odporem 2. je připojen přes kompenzační odpor 11 vstupního děliče obvod 2 pro teplotní, kompenzaci, který je svým vstupem připojen na yýstup 2, převodníku. Výstup diferenčního operačního zesilovače 2 je spojen přes odečítací výstupní odpor 6 s výstupem 2 převodníku a s děličem χ výstupního napětí. Jeden výstup děliče χ je spojen se zemí a běžec děliče χ výstupního napětí s řetězcem ovládacích odporů 50 - 55 řídícího děliče 8 spínacího napětí.

Při provedení převodníku jako převodníku dvoukvadrantového /znázorněného plnou čarou/ je běžec děliče χ výstupního napětí připojen do středu řetězce ovládacích odporů 50 - 55 řídícího děliče 8 spínacího napětí, bez ohledu na to, zda je na vstupu χ převodníku záporné či kladné napětí.

U jednokvadrantového provedení, vyznačeného ve schématu čárkovaně, je pro Γ. kvadrant běžec děliče X výstupního napětí zapojen až na konec ovládacích odporů 50 - 55 řídícího děliče 8 spínacího napětí, tj. při kladném vstupním napětí na vstupu 1 převodníku oa kladnější konec řetězce ovládacích odporů 50 - 55. Pro III. kvadrant by běžec výstupního děliče X byl připojen k opačnému konci řetězce, tj. pro záporné napětí na vstupu 1 převodníku na zápornější konec řetězce ovládacích odporů 50 - 55.

Ve dvoukvadrantovém provedení, ve kterém je výstupní napětí z běžce výstupního děliče X přivedeno do středu řetězce ovládacích odporů 50 - 55. pak při nulovém výstupním napětí je tedy na běžci výstupního děliče χ, a tím i na středu řetězce odporů 50 - 55 rovněž nulové napětí. Polovina bází spínacích tranzistorů 30 - 33 má pak kladné napětí, které zajistí řídící dělič 8 spínacího napětí a tranzistory 30 - 33 s tímto předpětím jsou sepnuty. Tím je připojena k zemi i polovina poměrových odporů 20 - 23 v invertujíoím vstupu diferenčního operačního zesilovače 2·

Pro výstupní napětí Ug diferenčního operačního zesilovače 2 platí:

u₂ = u₁ . / + 1 /, ^R1 kde U.j je vstupní napětí diferenčního operačního zesilovače,

R₂ je zpětnovazební odpor výstupu zesilovače k invertujícímu vstupu diferenčního operačního zesilovače a

R.j je odpor mezi invertujíoím vstupem diferenčního operačního zesilovače a zemí.

R.j má při sepnutí poloviny poměrových odporů-hodnotu svého odporu odpovídající součtu vodivostí - S.j.

Použije-li se jako spínacích tranzistorů typu PNP, platí závislost, že čím větší je napětí

213 731 u₂, tím menší počet tranzistorů je sepnut a tím menší je vodivost tzn., že ^S1 ^k , takže pro výstupní napětí U₂ platíš r₂

U, » U. . k . -& - IL , ^{1 U}2 kde £ je konstanta úměrnosti, daná nastavením běžoe výstupního potenciometru, velikostí jednotlivých poměrových odporů a jejich počtem.

Zeslabí-li se před vstupem do operačního zesilovače vstupní napětí děličem ze vstupního od póru a kompenzačního odporu na , nebo použijeme-li přímo vstupní napětí malé velikosti - řádově 0,4 V, tak jak vyžaduje funkoe spínacíoh tranzistorů platí, žes

U₂ = U_ir . k . — - U_n .

Jsou-li pak hodnoty zpětnovazebního odporu R₂ zvoleny tak, aby zesilovač zesiloval ve stej ném poměru jako vstupní dělič zeslabuje, lze volbou odporové hodnoty odečítacího výstupního odporu, zatíženého výstupním děličem a výstupní zátěží, dosáhnout odečítacího napětí v hodnotě od výstupního napětí, takže pro ^uvý_Bt oa výstupu platí:

U * j. a U- _Λ · k · vyst 11 * výst po úpravě tedy:

^Uvýst ^U11 · ^k · ^R2 ’ ^K * ^Uvst kde K je konstanta zahrnující jednak hodnotu k a jednak zeslabení ve vstupním děliči.

Je-li napětí malé, cca 0,4 V, budou tranzistory typu PUP pracovat jako spínače jak s kladným, tak i se záporným napětím mezi emitory a kolektory. Obvod 2 pro teplotní kompenzaci, zapojený v obvodu kompenzačního odporu 11 vstupního děliče, kompenzuje teplotní vlivy na spínací tranzistory 30 - 33 tak, že na výstupu 2 převodníku se negativní teplotní vlivy neprojeví.

Uvažujeme-li jednokvadrantové provedení, ve kterém je výstupní napětí z běžce výstupního děliče X přivedeno na konec řetězce ovládacích odporů 50 - 55 řídícího děliče 8 spínacího napětí /na obr. znázorněno čárkovaně/, budou při nulovém výstupním napětí všechny spínací tranzistory 30 - 33 sepnuty a při zvyšování výstupního napětí budou postupně odepínány, čímž se zvýší přesnost převodníku.

Čím většího počtu spínacích tranzistorů se v zapojení použije, tím přesnějšího převodu žádané funkce se dosáhne. Přitom poměrové odpory převodníku mají stejnou hodnotu. Při volbě poměrových odporů, které mají různou hodnotu, lze tímto typem převodníku dosáhnout

213 7 3.1 i jiných převodů, a to podle toho, jaké hodnoty odporů se pro jednotlivé stupně zvolí. Plynulejší přechody mezi jednotlivými spínacími stupni tranzistorů lze dále docílit ještě volbou vhodných velikostí bázových odporů, a to tím způsobem, že spínací tranzistory mezi jednotlivými spínacími stupni pracují jakó řízené proměnné odpory.

Zapojení analogového funkčního převodníku podle vynálezu je konkrétně použitelné pro simulaci výkonové charakteristiky ozonizátoru, obecně pak pro simulaci charakteristiky lineárních spotřebičů.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení analogového funkčního převodníku, vyznačené tím, že jeho vstup /1/ je při pojen přes vstupní odpor /10/jednak na kompenzační odpor /11/ a přes obvod /9/ pro teplotní kompenzaci na jeho výstup /2/ a jednak přes symetrizační odpor /3/ diferenčního operačního zesilovače /5/ na neinvertující vstup diferenčního operačního zesilovače /5/, jehož výstup je spojen přes odečítací výstupní odpor /6/ s výstupem /2/ a se vstupem děliče /7/ výstupního napětí, jehož výstup je uzemněn a běžec je zapojen na řetězec ovládacích odporů /50 až 55/ řídícího děliče /8/ spínacího napětí, přičemž ke spojům jednotlivých ovládacích odporů /50 až 55/ řídícího děliče /8/ spínacího napětí jsou dále přes bázové odpory /40 až 43/ připojeny báze spínacích tranzistorů /30 až 33/, jejichž kolektory jsou uzemněny, zatímco jejich emitory jsou přes poměrové odpory /20 až 23/ převodníku připojeny společně přes symetrizační odpor /3/ převodníku k invertujícímu vstupu diferenčního operačního .zesilovače /5/ a přes zpětnovazební poměrový odpor /4/ rovněž k výstupu /2/ převodníku.
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že při jednokvadrantovém provedení je běžec děliče /7/ výstupního napětí připojen k prvnímu nebo poslednímu členu z řetězce ovládacích odporů /50 až 55/.
3. 3. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že při dvoukvadrantovém provedení je-běžec děliče /7/ výstupního napětí připojen mezi dva středové členy řetězce ovládacích odporů /50 až 55/.