PL150444B2 - Konwerter rezystancja - rezystancja - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA ^OPIS PATENTOWY 150 444

POLSKA PATENTU TYMCZASOWEGO

Pierwszeństwo--Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 87 11 27 (P. 269118)

Int. Cl.⁵ G01R 27/00

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 88 09 15

Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31 ‘

Twórcy wynalazku: Paweł Wojciechowski, Lesław Isalski, Andrzej Hetman

Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Łódzka,

Łódź (Polska)

Konwerter rezystancja - rezystancja

Przedmiotem wynalazku jest konwerter rezystancja-rezystancja przeznaczony do układów elektrycznych, w których zachodzi konieczność uzyskania różnicy dwóch rezystancji, a w szczególności do układów wejściowych w przetwornikach pomiarowych w celu uzyskania większej dokładności przetwarzania.

Znane obecnie, na przykład z książki M. Nadachowskiego i Z. Kulki, pt. „Analogowe układy scalone¹¹, WKiŁ 1979, s. 290 konwertery impedancja - impedancja są zbudowane w oparciu o dwa wzmacniacze operacyjne, impedancję przetwarzaną oraz cztery impedancje dodatkowe włączone w ich obwody. Impedancja wejściowa tego układu, przy założeniu właściwości obu wzmacniaczy operacyjnych zbliżonych do idealnych wyraża się wzorem:

Z,= ^ZlZa Z₅ Z2Z4 gdzie: Z| - impedancja wejściowa, Z1, Z2, Z3 i Z4 - impedancje pomocnicze i Z5 - impedancja przetwarzana.

Z wzoru tego wynika, że na wartość impedancji wejściowej mają wpływ tolerancje oraz zmiany w funkcji temperatury lub czasu pracy aż czterech impedancji dodatkowych. Konwertery te wykorzystywane są głównie do przetwarzania reaktancji pojemnościowej na reaktancję indukcyjną, natomiast ze względu na małą dokładność przetwarzania nie są stosowane jako konwertery rezystancja - rezystancja. W konwerterach tych, zwanych żyratorami, współczynnik przetwarzania może przyjmować tylko wartości dodatnie.

Istota rozwiązania konwertera według wynalazku wyposażonego we wzmacniacze, źródła zasilania oraz impedancję przetwarzaną, polega na tym, że wyjście pierwszego wzmacniacza o wzmocnieniu i rezystancji wejściowej dążących do nieskończoności, połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego, wydzielonego dryfującego źródła zasilania jest połączone z pierwszym wyjściem konwertera, a wejście nieodwracające tego wzmacniacza jest połączone z wyjściem drugiego wzmacniacza o wzmocnieniu określonym i wynoszącym k. Wejście

150 444 drugiego wzmacniacza połączone jest z pierwszym wejściem konwertera, służącym do podłączenia jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej. Do tego wejścia jest podłączony również środek dryfującego źródła zasilania. Druga końcówka rezystancji przetwarzanej podłączona jest do drugiego wejścia konwertera, a z kolei to wejście jest połączone z drugim wyjściem konwertera. Współczynnik przetwarzania układu tego konwertera jest równy wzmocnieniu k drugiego wzmacniacza.

Możliwa jest modyfikacja konwertera umożliwiająca czteroprzewodowe podłączenie rezystancji przetwarzanej, przy czym wartość współczynnika przetwarzania można uzyskać równą jedności w układzie zawierającym dwa wzmacniacze o wzmocnieniu i rezystancji dążących do nieskończoności. W tym układzie wyjście pierwszego wzmacniacza połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego, wydzielonego dryfującego źródła zasilania jest połączone z pierwszym wyjściem konwertera, a wejście nieodwracające tego wzmacniacza jest połączone z drugim wejściem, które wraz z pierwszym wejściem, do którego jest dołączony środek dryfującego źródła zasilania, stanowi wejście do podłączenia jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej. Druga końcówka drugiego wejścia napięciowego rezystancji przetwarzanej jest przyłączona do trzeciego i drugiego wejścia prądowego stanowiących drugą parę wejść, przy czym drugie wejście napięciowe jest połączone z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza. Drugie wejście prądowe jest połączone z wyjściem drugiego wzmacniacza, natomiast wejście nieodwracające tego wzmacniacza jest połączone z drugim wejściem, do którego to wejścia podłączony jest środek źródła zasilania całego układu oraz drugiego wzmacniacza.

Konwerter ten pomiędzy drugim wejściem a wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza może mieć włączony trzeci wzmacniacz o ustalonym wzmocnieniu i wtedy wartość współczynnika przetwarzania konwertera będzie równa wartości współczynnika k wzmocnienia trzeciego wzmacniacza.

Dla opisanych układów konwertera, ujemną wartość współczynnika przetwarzania można uzyskać poprzez zastosowanie wzmacniacza o wzmocnieniu k<l. Wartość współczynnika przetwarzania równą -1 można uzyskać poprzez modyfikację konwertera z czteroprzewodowym podłączeniem rezystancji przetwarzanej. Zmodyfikowany układ zawiera również dwa wzmacniacze o wzmocnieniu i rezystancji wejściowej dążących do nieskończoności i charakteryzuje się tym, że wyjście pierwszego wzmacniacza połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego dryfującego źródła zasilania, połączone jest z pierwszym wyjściem. Wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza jest połączone z drugim wejściem napięciowym. Pierwsze wejście napięciowe tworzące wraz z pierwszym wejściem prądowym, do którego jest dołączony środek źródła zasilania, wejście do podłączenia jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej jest podłączone do wejścia odwracającego drugiego wzmacniacza, którego wyjście jest połączone z drugim wejściem prądowym stanowiącym wraz z drugim wejściem napięciowym drugie wejście do podłączenia drugiej końcówki rezystancji przetwarzanej. Wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza jest połączone z drugim wyjściem,do którego to wejścia jest podłączony ponadto środek drugiego źródła zasilania drugiego wzmacniacza. Konwerter ten pomiędzy drugim wejściem napięciowym a wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza może zawierać trzeci wzmacniacz o ustalonym wzmocnieniu równym k. W takim przypadku wartość współczynnika przetwarzania konwertera wynosi -k.

Zaletą konwertera według wynalazku jest możliwość prostego uzyskania na jego wyjściu rezystancji o wartości ujemnej oraz wielokrotności lub przedwielokrotności rezystancji przetwarzanej. Ponadto niektóre odmiany konwertera przystosowane są do podłączenia rezystancji przetwarzanej za pomocą czterech przewodów. Wymienione własności pozwalają na zastosowanie konwertera według wynalazku między innymi do układów pomiaru rezystancji.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.

przedstawia układ konwertera z wejściem dwuzaciskowym i współczynnikiem przetwarzania k, fig. 2 - układ konwertera z wejściem czterozaciskowym i współczynnikiem przetwarzania równym jedności, a fig. 3-układ konwertera o wejściu czterozaciskowym i współczynniku przetwarzania równym -1.

W układzie przedstawionym na fig. 1 wyjście pierwszego wzmacniacza WI połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego, dryfującego źródła zasilania El jest

15*444 połączone z pierwszym wyjściem A. Środek źródła zasilania El jest połączony z pierwszym wejściem IU1 i z wejściem wzmacniacza W3. Wyjście wzmacniacza W3 jest połączone z wejściem nieodwracającym wzmacniacza Wl, natomiast drugie wejście IU2 jest połączone z drugim wejściem B.

W układzie przedstawionym na fig. 2 wzmacniacz Wl jest zasilany z symetrycznego dryfującego źródła zasilania El, którego środek jest połączony z wejściem prądowym II. Wyjście wzmacniacza Wl jest połączone z jego wejściem odwracającym i z wyjściem A, natomiast do wejścia nieodwracającego wzmacniacza Wl dołączone jest wejście napięciowe Ul. Wejścia II i Ul są przeznaczone do podłączania jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej RI. Druga końcówka rezystancji przetwarzanej RI jest przyłączona do wejść 12 i U2. Wejście napięciowe U2 jest połączone z wejściem odwracającym wzmacniacza W2, a wejście prądowe 12 jest połączone z wyjściem wzmacniacza W2. Wejście nieodwracające wzmacniacza W2 jest połączone z wyjściem B, do którego jest podłączony również środek źródła zasilania wzmacniacza W2.

Konstrukcja układu przedstawionego na fig. 3 jest podobna jak układu przedstawionego na fig. 2 z tym, ie wejście nieodwracające wzmacniacza Wl jest połączone z wejściem napięciowym U2, natomiast wejście napięciowe Ul jest podłączone do wejścia odwracającego wzmacniacza W2.

W układach przedstawionych na fig. 2 i 3 pomiędzy wejście napięciowe U2, a wejście nieodwracające wzmacniacza Wl może być włączony wzmacniacz W3.

Działanie konwertera jest następujące. Wzmacniacz Wl jest wzmacniaczem operacyjnym o . parametrach pozwalających traktować gó jako idealny. Urządzenie U wymusza przepływ prądu I przez wejście A w kierunku konwertera. Piąd I wpływa do wejścia wzmacniacza Wl i dzięki temu, że wzmacniacz Wl jest wzmacniaczem zbliżonym do idealnego, prąd I płynie również z punktu środkowego źródła El poprzez wejście IU1, rezystancję przetwarzaną RI, wejście IU2 do wyjścia B i urządzenia U. Przepływ prądu I przez rezystor RI wywołuje na nim spadek napięcia UR. Napięcie UR istnieje również na wejściu IU1 i wejściu wzmacniacza W3. Wzmocnione k-krotnie przez wzmacniacz W3, napięcie jest podawane na wejście nieodwracające wzmacniacza Wl. Wzmacniacz Wl połączony w układ wtórnika napięciowego wymusza napięcie UO na zaciskach wyjściowych konwertera. Prawdziwa jest więc zależność:

UO = k-UR stąd rezystancja widziana z wyjść A i B przez urządzenie U jest równa:

RO= UO₌k^_=j5±^=k-RI III.

Wartość współczynnika k można ustalić w określonych granicach poprzez dobór wzmocnienia wzmacniacza W3, przy czym należy podkreślić, że może on być dodatni lub ujemny oraz większy lub mniejszy od jedności. Działanie konwertera przedstawionego na fig. 2 jest podobnej tym że obwód prądu I zamyka się przez wyjście A, wyjście wzmacniacza Wl, dryfujące źródło zasilania El, wejście prądowe U, przewód Ll, rezystancję przetwarzaną Rl, przewód L4, wejście prądowe 12, wyjście wzmacniacza W2, zasilanie układu do punktu M, a stąd do wyjścia B. Prąd ten wywołuje na rezystancji przetwarzanej RI spadek napięcia UR. Wzmacniacz W2 połączony liniami L3 i L4 można traktować jako wtórnik napięciowy włączony między wyjście B i końcówkę 2 rezystancji RI i w związku z tym potencjały wyjścia B i końcówki 2 sąjednakowe. Wzmacniacz Wl jak poprzednio jest połączony w układ wtórnika napięciowego, stąd potencjały wyjścia A i końcówki 1 rezystancji RI są też jednakowe, zatem napięcie UO = UR i rezystancja widziana z wyjść A i B jest równa:

RO= U2.= _H5_=RI I

150 444

Działanie konwertera przedstawionego na fig. 3 jest analogiczne z tym, że skrzyżowanie połączenia wejść wzmacniaczy z wejściami napięciowymi Ul i U2 powoduje, że UO = -UR, stąd rezystancja widziana z wyjść A i B jest równa:

ro= 22 I

-UR

W konwerterach przedstawionych na fig. 2 i 3 z zastosowaniem trzeciego wzmacniacza W3 wartość bezwzględna współczynnika przetwarzania konwertera będzie równa wartości współczynnika wzmocnienia k trzeciego wzmacniacza.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Konwerter rezystancja - rezystancja wyposażony we wzmacniacze operacyjne, źródło zasilania oraz rezystancję przetwarzaną, znamienny tym, że wyjście pierwszego wzmacniacza (Wl) połączonego w układ wtórnika napięciowego zasilanego z symetrycznego, dryfującego źródła zasilania (El) połączone jest z pierwszym wyjściem (A),natomiast środek źródła zasilania (El) jest połączony z pierwszym wejściem (IU1) i jednocześnie z wejściem wzmacniacza o ustalonym wzmocnieniu (W3), którego wyjście połączone jest z wejściem nieodwracającym pierwszego wzmacniacza (Wl), natomiast drugie wejście (IU2) połączone jest z drugim wyjściem (B).
2. 2. Konwerter rezystancja - rezystancja wyposażony we wzmacniacze operacyjne, źródła zasilania i rezystancję przetwarzaną, znami^ ny tym, że wyjście pierwszego wzmacniacza (Wl) połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego, dryfującego źródła zasilania (El) połączone jest z pierwszym wyjściem (A), a wejście nieodwracające wzmacniacza (Wl) jest połączone z pierwszym wejściem napięciowym (Ul), które wraz z pierwszym wejściem prądowym (II), do którego jest dołączony środek źródła zasilania (El) stanowi wejście do podłączenia jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej (RI), której druga końcówka jest przyłączona do drugiego wejścia napięciowego (U2) i drugiego wejścia prądowego (12) stanowiących drugie wejście, przy czym drugie wejście napięciowe (U2) jest połączone z wejściem odwracającym drugiego wzmacniacza (W2), a drugie wejście prądowe (12) jest połączone z wyjściem tego wzmacniacza (W2), natomiast wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza (W2) jest połączone z drugim wyjściem (B), do którego to wyjścia jest podłączony również środek źródła zasilania drugiego wzmacniacza (W2).
3. 3. Konwerter według zastrz. 2, znamienny tym, że pomiędzy pierwsze wejście napięciowe (Ul), a wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza (Wl) jest włączony trzeci wzmacniacz (W3) o ustalonym wzmocnieniu.
4. 4. Konwerter rezystancja - rezystancja wyposażony we wzmacniacze operacyjne, źródła zasilania i rezystancję przetwarzaną, znamienny tym, że wyjście pierwszego wzmacniacza (Wl) połączonego w układ wtórnika napięciowego i zasilanego z symetrycznego, dryfującego źródła zasilania (El) połączone jest z pierwszym wyjściem (A), wejście nieodwracające wzmacniacza (Wl) jest połączone z drugim wejściem napięciowym (U2) , natomiast pierwsze wejście napięciowe (Ul), tworzące wraz z pierwszym wejściem prądowym (U), do którego jest dołączony środek źródła zasilania (El), wejście do podłączenia jednej z końcówek rezystancji przetwarzanej (RI), jest podłączone do wejścia odwracającego drugiego wzmacniacza (W2), którego wyjście jest połączone z drugim wejściem prądowym (12), stanowiącym wraz z drugim wejściem napięciowym (U2) drugie wejście do podłączenia drugiej końcówki rezystancji przetwarzanej (RI), zaś wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza (W2) połączone jest z drugim wyjściem (B), do którego to wyjścia podłączony jest również środek źródła zasilania drugiego wzmacniacza (W2).
5. 5 . Konwerter według zastrz. 3, znamienny tym, że pomiędzy drugie wejście napięciowe (U2), a wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza (Wl) jest włączony trzeci wzmacniacz (W3) o ustalonym wzmocnieniu.

   Fig.2

   Fig.3

   Pracownia Poligraficzna UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 1500 zł