RU1775685C - Магазин сопротивлени - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : магазин сопротивлени  содержит резистивный делитель, состо щий из последовательно соединенных п-резисторов, m-групп переключателей, каждый из которых содержит по п+1 ключей, m-разр дных операционных усилителей, т- разр дных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму дл  подключени  внешнего источника тока, переключатель начального сопротивлени , резистор обратной св зи, источник питани  с соответствующими св з ми. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике.

Известны магазины сопротивлени , содержащие делитель, р д разр дных переключателей , выходной операционный усилитель.

Из известных магазинов сопротивлени  наиболее близким к за вл емому по технической сущности  вл етс  магазин сопротивлени , содержащий резистивный делитель, выполненный на п декадных резисторах , m групп переключателей, где m 4, 5, ... 8 - количество разр дов магазина сопротивлени , m разр дных операционных усилителей (преобразователей напр жени  - ток) с m опорных резисторов, выходной операционный усилитель (повторитель напр жени ), управл емый резистор, инвертор .

Недостатком такого магазина сопротивлени   вл етс  сложность устройства, суженные эксплуатационные характеристики, повышенна  погрешность.

Сложность обусловлена в первую очередь необходимостью иметь дл  каждого операционного усилител  гальванически независимый источник питани  (средн   точка питани  каждого усилител  соединена с неинвертирующим входом своего операционного усилител  и не св зана с другими средними точками источника питани  других операционных усилителей), что дл  магазинов сопротивлени  в переносном варианте с автономным питанием приводит к значительному усложнению схемы (требуетс  преобразователь напр жени  стабилизированный ), увеличению тока потреблени  и к излучению радиопомех. Кроме этого требуетс  дополнительно инвертор.

Суженные эксплуатационные характеристики обусловлены тем, что диапазон вос- производимых сопротивлений при количестве резисторов в делителе п - 9 находитс  в пределах от начального сопротивлени , равного одной ступени младшей декады, а при п 10 - от отрицательного, равного сумме, состо щей из единицы кзжч w

Ј

V|

V4 СЛ О СО

СЛ

дои декады, кроме младшей, до положительного сопротивлени , равного сопротивлению управл емого резистора. Таким образом, схема не позвол ет выполн ть декады с перекрытием (т.е. по 10 резисторов в декаде, а не по 9) в положительную сторону сопротивлений, что удобно, а в некоторых случа х необходимо при измерени х, а увеличение количества резисторов в делителе приводит лишь к незначительному расши- рению диапазона сопротивлений в отрицательную сторону, усложн ет декадные переключатели, и смещает точку нулевого отсчета декад, что существенно усложн ет пользование магазином сопротивлени . Кроме того, схема не позвол ет иметь такую универсальность, как отдельно диапазон положительных сопротивлений, диапазон отрицательных сопротивлений, смещать при необходимости начало отсчета (в сторо- ну отрицательных или положительных сопротивлений или точно в нуль), получать сопротивление большее, чем сопротивление управл емого резистора.

Повышенна  погрешность заключает- с  в том, что из активных узлов, кроме выходного операционного усилител  (или повторител  напр жени ) и декадных операционных усилителей имеетс  еще инвертор . .,

Цель изобретени  - упрощение устройства и расширение эксплуатационных характеристик устройства.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в магазин сопротивлени , содержащий рези стивный делитель, состо щий из последовательно соединенных n-резисторов, т-групп переключателей, каждый из которых содержит по п+1 ключей, m-разр дных операционных ус.илителей, т-рээр дных резисторов, /выходной операционный усилитель , первую и вторую клемму дл  подключени  внешнего источника тока дополнительно введены переключатель начального сопротивлени , резистор обрат- ной св зи, источник питани . Перва  клемма дл  подключени  внешнего источника тока соединена с первым выводом первого резистора резистивного делител , первым неподвижным контактом переклю- чател  начального сопротивлени  и первыми выводами первых ключей каждого переключател  с первого по второй вывод каждого резистора с первого по п-1 соединены с первым выводом каждого резистора со второго по п резистивного делител  и первыми выводами каждого ключа со второго no n каждого переключател  с первого по т, вторые выводы каждого ключа с первого по п+1 каждого переключател  с первого по

m соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого разр дного операционного усилител  с первого по т, выход соединен с инвертирующим входом каждого разр дного операционного усилител  с первого по m и с первым выводом каждого разр дного резистора с первого по т, вторые выводы каждого разр дного резистора с первого по m соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилител  с первым выводом резистора обратной св зи, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилител  и второй клеммой дл  подключени  внешнего источника тока, второй вывод n-резистора резистивного делител  соединен с вторым неподвижным контактом переключател  начального сопротивлени , общей шиной и с первым выводом п+1 ключа каждого переключател  с первого по т, третий неподвижный контакт переключател  начального сопротивлени  соединен с дополнительным отводом резистивного делител , подвижный контакт переключател  начального сопротивлени  соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилител , первый выход источника питани  соединен с первым входом питани  каждого разр дного операционного усилител  с первого по m и с первым входом питани  выходного операционного усилител , второй выход питани  источника соединен с вторым входом питани  каждого разр дного операционного усилител  с первого по m и с вторым входом питани  выходного операционного усилител , третий выход источника соединен с общей шиной.

На чертеже представлена структурна  электрическа  схема магазина сопротивлени .

Магазин сопротивлени  состоит из резистивного делител  1, выполненного с п+1 11 отводами 2-12 с п 10 декадными резисторами 13-22, m 2 переключателей23 и 24, где т-2- количество разр дов магазина сопротивлени , каждый из которых состоит из п + 1 11 ключей 25-35, m 2 разр дных операционных усилителей 36 и 37, m 2 разр дных резисторов 28 и 39, выходной операционный усилитель 40, источник питани  со средней точкой 41, переключател  начального сопротивлени  42 и резистора обратной св зи 43. При этом в каждой из m групп переключателей 23 и 24 выходы ключей 25- 35 соединены между собой, а вход каждого ключа 25-35 в группе 23-24 соединены с соответствующими отводом 2-12 резистивного делител  1, выход выходного операционного усилител  40 соединен с одним

выводом 44 внешнего источника тока, один неподвижный контакт переключател  начального сопротивлени  42 соединен с первым крайним отводом 2 резистивного делител  1 и со средней точкой источника питани  41, второй неподвижный контакт переключател  начального сопротивлени  42 соединен с дополнительным отводом 45 резистивного делител  1, третий неподвижный контакт переключател  начального со- противлени  42 с соединен со вторым крайним отводом 2 реоис ) делител  1, который соединен со зторь1-1 -гичо ом 46 внешнего источника тока, подвижный контакт переключател  начального сопротив- лени  42 соединен с неинвергирующим входом выходного операционного усилител  40, выходы всех п+1 ключей 25-35 в каждой группе ключей 23, 24 соединены с неинвертирующим входом соответствую- щего разр дного операционного усилител  36, 37, выход которого соединен с первым выводом соответствующего разр дного резистора 38, 39, вторые тгчоды разр дных резисторов 38,39 соединены с инвертирую- щим входом выходного операционного усилител  40 и с первым пычодсм резистора обратной св зи 43, второй вычпд которого соединен с выходом выходного операционного усилител  40, инвертирующий вход в каждом разр дном операционном усилителе 36, 37 соединен с его выходом, первый и второй выводы источника питани  41 соединены с соответствующими выводами всех операционных усилителей 36, 37, 40.

Магазин работает следующим образом.

Ток от внешнего источника, проход  от второго 46 к первому 44 его выводу через магазин сопротивлени , создает падение напр жени  на резистивном делитепе 1

UA-IR.

дгде I - ток от внешнего источника;

Рд- сопротивление резистивного дели- тел .

Напр жение с одного из выходов резистивного делител  поступает на вход первого разр дного операционного усилител  36, включенного повторителем напр жени , че- рез один из ключей 25-35 первого переключател  23 (в любой кочкрстш й момент времени в каждом (зтелс 23, 24 замкнуто по одному ). го напр жение равно Ui ид Ki, где Kt - коэффициент передачи напр жени  делител  на неиноер- тирующий вход первого разр дного операционного усилител  36. Аналогично напр жение на входе того операционного усилител  37 равно Um 1)д Km. Напр жени 

на выходах операционных разр дных усилителей 36 и 37 равны напр жени м на их неинвертирующих входах, т.е. Ui и Um соответственно .

В выходном операционном усилителе 40 напр жение на инвертирующем входе благодар  отрицательной обратной св зи через резистор 43 равно напр жению на его неинвертирующем входе, подключенном через переключатель 42 к одному из выводов резистивного делител  2, 12 или 45 и равно идоп Уд К, где К - коэффициент передачи напр жени  делител  1 на вход выходного операционного усилител  40.

Ток первого разр дного резистора 38 можно определить из выражени 

LM -U

RI

ДОП

где RI - сопротивление первого разр дного резистора 38.

Ток т-го разр дного резистора 39 можно определить из выражени 

um

Urn U.

ДОП

Rn

где Rm - сопротивление m-ro разр дного резистора 39.

Ток, проход щий через резистор обратной св зи 43 равен сумме токов всех разр дных резисторов 38, 39: 0с li + ... + Im, a падение напр жени  на резисторе обратной св зи 43 равно Uoc loc Roc.

Учитыва , что выходной операционный усилитель 40 включен как инвертирующий по отношению к выходным напр жени м разр дных операционных усилителей 36, 37, напр жение на его выходе равно

ивых U доп Uoc

Тогда напр жение между выводами внешнего источника 44 и 46 определ етс  из выражени  Умаг UA - UBUX, а сопротивление магазина Rnar

, Цмаг Цд Uebtx пплгтарлаа -У&-,

Нд, получим

. Подставл  

-

Ur

Цвых Dидоп UQC

iKn i-

-Uc

-ОUg К - IQC ROC

-Kni

oUfl K-(H +... + lm)Roc

- Kg.

(iiJVi.

,,

„(. .gjjteftfy

«. .«,й, -«fe- - fe)

. fcbfc- (

Наибольший практический интерес 10 представл ет три значени  К: К О, К - 1 I и значение К, при котором выходное со- I противление магазина RMar 0 при начальном положении декад, т.е. когда Ki 0,, ... Кт-0/15

Рассмотрим сопротивление RMar при следующих услови х: число декад (разр дов ) т 2; Ri Roc; Rm - 10ROC, К - Ki Km 0. Подставл   зти значени  в выражение (1) найдем сопротивление1„п

RM RA-RA 0(1-М+-То-)17756858

- - К2 1:К -2Т

Определим теперь верхнее значение сопро- 5 тивлени  при 1/2, 1 и Ki Km 1

Ямаг Рд-Рд -27Г (1+ 1+

+ 0,1)-1-0,11- 1,1 RA

Аналогично можно показать, что дл  трех-, четырех- и п тидекадного магазина коэффициент будет равен соответственно 1/2, 11; 1/2, 111 и 1/2, 1111: а верхнее значение сопротивлени  RMar соответственно 1,11Рд, 1,11Шди 1,111ШД. Следовательно , за вл ема  схема магазина сопротивлений позвол ет выбирать начало отсчета от отрицательных значений, превышающих по абсолютному значению сопротивление RA до положительных значений вплоть до равных Яд. Следовательно , по сравнению с известными магазинами сопротивлени  расшир ютс  эксплуатационные характеристики за вл емого магазина.

- О 1-0 - -l-Rfl.

t.e. в этом случае при начальном положении переключателей 23 и 34 сопротивление Рмаг Rfl.

30

1

10

2.1RA

Следовательно, сопротивление магаэи- 35 на в этом случае может измен тьс  в пределах от RA до 2,1 RA (когда К 0).

3. К - Ki - 1 Km RMar RA-RA 1(1+ 1+ 0.1)-1 1-1 0,1) О

Km 0. RMar RA RA 1(1 + 1+0.1)-0 -1,1RA

Следовательно, когда К 1 сопротивление магазина RMar измен етс  от 0 до минус 1,ШД.

Определим коэффициент К дл  вариан- та магазина сопротивлений, имеющего RMar 0 при Ki Km 0 и положительное сопротивление при Ki и Кт имеющих любое значение.

Дл  этого в выражение (1) подставим Рмаг 0 и Ki Km 0 и найдем К

О Рд-Яд К(1+ 1+0,1)3;

Ямаг Рд-Рд -27Г (1+ 1+

+ 0,1)-1-0,11- 1,1 RA

Аналогично можно показать, что дл  трех-, четырех- и п тидекадного магазина коэффициент будет равен соответственно 1/2, 11; 1/2, 111 и 1/2, 1111: а верхнее значение сопротивлени  RMar соответственно 1,11Рд, 1,11Шди 1,111ШД. Следовательно , за вл ема  схема магазина сопротивлений позвол ет выбирать начало отсчета от отрицательных значений, превышающих по абсолютному значению сопротивление RA до положительных значений вплоть до равных Яд. Следовательно , по сравнению с известными магазинами сопротивлени  расшир ютс  эксплуатационные характеристики за вл емого магазина.

Наличие более широкого, чем у прототипа , диапазона отрицательных сопротивлений позвол ет использовать за вл емый магазин сопротивлений сло  разработки и применени  новых методов измерений, например , измерени  сопротивлений: пропуска  ток по магазину сопротивлений, соединенному последовательно с известным сопротивлением, и подключив к крайним выводам этого соединени  (т.е. параллельно источнику тока) индикатор нул , можно установить индикатор нул  на нуль, т.е. положительное сопротивление уравновесить отрицательным сопротивлением магазина и определить таким образом неизвестное сопротивление.

Кроме того за вл емый магазин сопротивлени  позвол ет полнее использовать напр жение питани . Так, в прототипе выходное напр жение (между клеммами подключени  внешнего источника тока) всегда равно разности падени  напр жени  на мультирезисторе и на выходе выходного операционного усилител  и направлены в одну сторону от средней точки питани  выходного повторител  напр жени , т.е. действующее напр жение всегда меньше половины напр жени  питани . В за вл емом магазине сопротивлени , когда неинвертирующий вход выходного операционного усилител  40 через переключатель 42 соединен с первым

крайним отводом 2 резистивного делител  1, напр жени  на магазине сопротивлени  равно арифметической сумме напр жений на делителе 1 и на выходе выходного операционного усилител  40 и может достичь значени , близкого к полному напр жению питани , т.к. эти напр жени  имеют разную пол рность относительно средней точки источника питани  41.

Питание магазина сопротивлени  осуществл етс  от одного источника питани  со средней точкой, что  вл етс  существенным упрощением по сравнению с прототипом , не счита  исключени  инвертора.

Кроме того, в сумму погрешностей вход т погрешности активных элементов не меньше, чем в прототипе (зз счет исключени  инвертора), что составл ет приблизительно 1/3 всей погрешности от активных элементов (вли ние младших разр дов на общую погрешность значительно меньше, чем старшего разр да).

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Магазин сопротивлени , содержащий резистивный делитель, состо щий из последовательно соединенных п резисторов, m групп переключателей, каждый из которых содержит по (п + 1) ключей, m разр дных операционных усилителей, m разр дных резисторов , выходной операционный усилитель , первую и вторую клемму дл  подключени  внешнего источника тока, о т- личающийс  тем, что, с целью упрощени  и расширени  эксплуатационных характеристик устройства, в него введены переключатель начального сопротивлени , резистор обратной св зи, источник питани , перва  клемма дл  подключени  внешнего источника тока соединена с первым выводом первого резистора резистивного делител , первым неподвижным контактом переключател  начального сопротивлени  и первым выводом первых ключей каждого переключател  с первогсГпо т, второй вывод каждого резистора с первого по (п - 1)-й соединен с первым выводом каждого резистора с второго по п резистивного делител  и первыми выводами каждого ключа с второго по п каждого переключател  с первого по т, вторые выводы каждого ключа с первого по п + 1 каждого переключател  с первого по m соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого

   разр дного операционного усилител  с первого по т, выход соединен с инвертирующим входом каждого разр дного операционного усилител  с первого по m и с первым выводом каждого разр дного резистора с первого по т, вторые выводы каждого разр дного резистора с первого по m соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилител  с первым выводом резистора обратной св зи, второй

   вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилител  и второй клеммой дл  подключени  внешнего источника тока, второй вывод n-го резистора резистивного делител  соединен с вторым

   неподвижным контактом переключател  начального сопротивлени , общей шиной и с первым выводом (п + 1)-го ключа каждого переключател  с первого по т, третий неподвижный контакт переключател  начального сопротивлени  соединен с дополнительным отводом резистивного делител , подвижный контакт переключател  начального сопротивлени  соединен с неинвертирующим входом выходного операционкого усилител , первый выход источника питани  соединен с первым входом питани  каждого разр дного операционного усилител  с первого no m и с первым входом питани  выходного операционного

   усилител , второй выход источника питани  соединен с вторым входом питани  каждого разр дного операционного усилител  с пер- вого no m и с вторым входом питани  выходного операционного усилител , третий

   выход источника питани  соединен с общей шиной.