RU2066068C1 - Current-to-voltage converter - Google Patents
Current-to-voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2066068C1 RU2066068C1 RU92011407A RU92011407A RU2066068C1 RU 2066068 C1 RU2066068 C1 RU 2066068C1 RU 92011407 A RU92011407 A RU 92011407A RU 92011407 A RU92011407 A RU 92011407A RU 2066068 C1 RU2066068 C1 RU 2066068C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operational amplifier
- converter
- output
- keys
- input
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к цифровой измерительной технике, а именно к входным устройствам аналого-цифровых преобразователей. The invention relates to digital measuring equipment, namely, to input devices of analog-to-digital converters.
Для преобразования в код постоянного тока обычно необходимо осуществить преобразование ток-напряжение, поскольку преобразователи напряжение-код получили наибольшее распространение. В простейшем случае преобразователь ток-напряжение представляет из себя просто резистор, через который протекает измеряемый ток. Недостатком подобных устройств является высокое входное сопротивление. Этот недостаток устраняется в преобразователях ток-напряжение, созданных с помощью операционных усилителей с резистором в цепи обратной связи (Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. "Энергоатомиздат", 1988, с. 39 40, рис. 1.16 а). To convert to a DC code, it is usually necessary to perform a current-to-voltage conversion, since voltage-to-code converters are most widely used. In the simplest case, the current-voltage converter is simply a resistor through which the measured current flows. The disadvantage of such devices is the high input impedance. This drawback is eliminated in current-voltage converters created using operational amplifiers with a resistor in the feedback circuit (V. Gutnikov. Integrated electronics in measuring devices. L. "Energoatomizdat", 1988, p. 39 40, Fig. 1.16 a) .
При изменении измеряемого тока в широких пределах необходимо переключать коэффициент передачи преобразователя ток-напряжение. Это осуществляется переключением резисторов коммутатором в цепи обратной связи операционного усилителя, причем в случае критичности динамических свойств преобразователя коммутатор должен быть создан с помощью быстродействующих бесконтактных ключей, имеющих невысокие точностные характеристики и привносящих существенные погрешности в преобразователь ток-напряжение (у получивших наибольшее распространение бесконтактных ключей на полевых транзисторах сопротивление в замкнутом состоянии доходит до нескольких сотен Ом, а остаточный ток в разомкнутом состоянии до десятков наноампер. (Журавин Л. Г. и др. Методы электрических измерений. Л. "Энергоатомиздат", 1990, с. 65)). When changing the measured current over a wide range, it is necessary to switch the transfer coefficient of the current-voltage converter. This is done by switching the resistors by the switch in the feedback circuit of the operational amplifier, and in the case of criticality of the dynamic properties of the converter, the switch must be created using high-speed contactless keys with low accuracy characteristics and introducing significant errors into the current-voltage converter (for the most widely used contactless keys on field-effect transistors, the resistance in the closed state reaches several hundred ohms, and the residual current in the open state up to tens of nanoamperes (Zhuravin L.G. et al. Methods of electrical measurements. L. "Energoatomizdat", 1990, p. 65)).
Наиболее близок к заявляемому изобретению преобразователь ток-напряжение, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого является входом устройства, неинвертирующий вход подключен к общей шине устройства, а выход является выходом устройства, N масштабных резисторов, первые выводы которых объединены и подключены к выходу устройства, а вторые выводы к первым информационным выводам ключей коммутатора, содержащего N ключей, вторые информационные выводы которых объединены и подключены ко входу устройства, управляющие входы ключей подключены к управляющему входу преобразователя (Швецкий Б.И. Электронные цифровые приборы. К. "Техника", 1981, с. 187, рис. 100). Этот преобразователь принят за прототип. Closest to the claimed invention, the current-voltage Converter containing an operational amplifier, the inverting input of which is the input of the device, the non-inverting input is connected to the common bus of the device, and the output is the output of the device, N large-scale resistors, the first conclusions of which are combined and connected to the output of the device, and the second conclusions to the first information outputs of the switch keys containing N keys, the second information outputs of which are combined and connected to the input of the device that controls the input Keys are connected to the control input of the converter (Shvetsky B. I. Electronic digital devices. K. "Technique", 1981, p. 187, Fig. 100). This converter is adopted as a prototype.
Недостатком прототипа является малый динамический диапазон, поскольку при больших токах необходимо использовать масштабные резисторы малых номиналов, что приводит к очень большим погрешностям, вызванным сопротивлением открытого ключа, создающего делитель напряжения с масштабными резисторами. The disadvantage of the prototype is the small dynamic range, because at high currents it is necessary to use large-scale resistors of small denominations, which leads to very large errors caused by the resistance of the public key, creating a voltage divider with scale resistors.
Другим недостатком этого устройства является ограниченная точность, которая определяется остаточными параметрами как замкнутых ключей, образующих делитель с масштабными резисторами (если ключи обладают остаточной ЭДС, то она суммируется с выходным сигналом устройства), так и остаточными параметрами разомкнутых ключей, токи которых протекают по резистору, подключенному к операционному усилителю, суммируясь с измеряемым током. Причем при применении ключей на полевых транзисторах уменьшение любой из этих составляющих погрешности приводит к увеличению другой (Смолов В.Б. и др. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации. Л. "Энергия", 1976, с. 55). Another disadvantage of this device is the limited accuracy, which is determined by the residual parameters of both the closed keys forming the divider with scale resistors (if the keys have a residual EMF, then it is summed with the output signal of the device), and the residual parameters of the open keys, the currents of which flow through the resistor, connected to the operational amplifier, summing up with the measured current. Moreover, when using keys on field-effect transistors, a decrease in any of these error components leads to an increase in the other (Smolov VB et al. Microelectronic digital-to-analog and analog-to-digital information converters. L. "Energy", 1976, p. 55).
Задача заявляемого изобретения создание преобразователя с расширенным динамическим диапазоном и повышенной точностью. Задача решается за счет исключения влияния остаточных параметров замкнутых ключей и применения ключей с оптимальными параметрами в разомкнутом состоянии. The task of the invention is the creation of a converter with an extended dynamic range and increased accuracy. The problem is solved by eliminating the influence of the residual parameters of the closed keys and using keys with optimal parameters in the open state.
Для этого предлагается ввести в преобразователь ток-напряжение, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, а инвертирующий является входом преобразователя, N масштабных резисторов и коммутатор, содержащий N ключей, управляющие входы которых подключены к управляющим входам преобразователя, первые информационные входы ключей коммутатора подключены к первым выводам соответствующих масштабных резисторов, а вторые информационные выводы ключей объединены, второй операционный усилитель, резистор обратной связи и (N+1)-ый масштабный резистор, причем масштабные резисторы соединены последовательно, второй вывод первого масштабного резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого подключен к объединенным информационным выводам ключей коммутатора, выход второго операционного усилителя, являющийся выходом преобразователя, через резистор обратной связи соединен с его инвертирующим входом и со свободным выводом (N+1)-го масштабного резистора, а его неинвертирующий вход соединен с общей шиной преобразователя. To this end, it is proposed to introduce a current-voltage converter into the converter, containing an operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the device common bus, and the inverting one is the converter input, N scale resistors and a switch containing N keys, the control inputs of which are connected to the control inputs of the converter, the first information the inputs of the switch keys are connected to the first outputs of the corresponding large-scale resistors, and the second information outputs of the keys are combined, the second operational gain a feedback resistor and an (N + 1) -th scale resistor, the scale resistors being connected in series, the second output of the first scale resistor is connected to the inverting input of the first operational amplifier, the output of which is connected to the combined information outputs of the switch keys, the output of the second operational amplifier, which is the converter output, is connected through a feedback resistor to its inverting input and to the free output of the (N + 1) -th scale resistor, and its non-inverting input is connected common bus converter.
Устройство отличается от прототипа и других аналогов тем, что при переключении коэффициента передачи у него замкнутый бесконтактный ключ оказывается включенным в выходную цепь операционного усилителя и охваченным глубокой отрицательной обратной связью, что исключает влияние на точность преобразования остаточных параметров этого замкнутого ключа и позволяет использовать в цепи обратной связи этого операционного усилителя резисторы любых, сколь угодно малых номиналов. The device differs from the prototype and other analogues in that when switching the transmission coefficient, the closed contactless key is included in the output circuit of the operational amplifier and is covered by deep negative feedback, which eliminates the influence on the conversion accuracy of the residual parameters of this closed key and allows the feedback to be used in the circuit communication of this operational amplifier resistors of any arbitrarily small denominations.
На чертеже приведена структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of the device.
Преобразователь ток-напряжение содержит операционный усилитель 1, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, а инвертирующий является входом устройства, коммутатор 2, содержащий N ключей (К1.Kn), управляющие входы которых подключены к управляющим входам преобразователя, вторые информационные выводы ключей объединены и подключены к выходу операционного усилителя 1, N масштабных резисторов 3, к первым выводам которых подключены первые информационные выводы ключей коммутатора 2, второй вывод первого масштабного резистора 3 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1, (N+1)-ый масштабный резистор 4, масштабные резисторы 3 и масштабные резистор 4 соединены последовательно, операционный усилитель 5 и резистор обратной связи 6, выход операционного усилителя 5 через резистор обратной связи 6 соединен с его инвертирующим входом и свободным выводом масштабного резистора 4, неинвертирующий вход операционного усилителя 5 подключен к общей шине преобразователя.The current-voltage converter contains an operational amplifier 1, the non-inverting input of which is connected to the common bus of the device, and the inverting one is the input of the device, switch 2, containing N keys (K 1 .K n ), the control inputs of which are connected to the control inputs of the converter, the second information outputs keys are combined and connected to the output of the operational amplifier 1, N of scale resistors 3, the first outputs of which are connected to the first information outputs of the keys of the switch 2, the second output of the first large-scale res Ora 3 is connected to the inverting input of operational amplifier 1, the (N + 1) -th scale resistor 4, scale resistors 3 and scale resistor 4 are connected in series, operational amplifier 5 and feedback resistor 6, the output of operational amplifier 5 through feedback resistor 6 is connected with its inverting input and the free output of the scale resistor 4, the non-inverting input of the operational amplifier 5 is connected to the common bus of the converter.
Преобразователь ток-напряжение работает следующим образом. Устройство имеет N переключаемых коэффициентов передачи, равное числу ключей коммутатора 2. При установке i-того коэффициента передачи замыкается i-й ключ коммутатора 2, все остальные ключи которого разомкнуты. The current-voltage Converter operates as follows. The device has N switchable transmission coefficients equal to the number of switch 2 keys. When setting the i-th transfer coefficient, the i-th switch key 2 closes, all other keys of which are open.
Замкнутый ключ делит масштабные резисторы 3 и 4 на две группы: резисторы R1.Ri входят в обратную связь операционного усилителя 1 и образуют преобразователь ток-напряжение с коэффициентом передачи 
Переключаясь, ключи коммутатора 2 изменяют как коэффициент передачи преобразователя ток-напряжение на операционном усилителе 1, так и коэффициент усиления усилителя на операционном усилителе 2.The closed key divides the scale resistors 3 and 4 into two groups: resistors R 1 .R i enter the feedback of the operational amplifier 1 and form a current-voltage converter with a transmission coefficient
Switching, the keys of the switch 2 change both the transfer coefficient of the current-voltage converter on the operational amplifier 1, and the gain of the amplifier on the operational amplifier 2.
Замкнутый ключ коммутатора 2 включается в выходную цепь операционного усилителя 1 и охватывается глубокой отрицательной обратной связью. Сопротивление этого замкнутого ключа R5 cуммируется с выходным сопротивлением операционного усилителя 1, и его влияние уменьшается в (1+А) раз, где А коэффициент усиления операционного усилителя операционного усилителя 1, а внесенная этим сопротивлением относительная погрешность составит:
Влияние остаточной ЭДС Е замкнутого ключа тоже будет уменьшено в (1+А) раз, а вызванная ею относительная погрешность при токе на входе Iвх. составит:
Таким образом, при достаточно большом коэффициенте усиления операционного усилителя 1 остаточные параметры замкнутого ключа коммутатора 2 практически не оказывают влияние на точность устройства.The closed switch key 2 is included in the output circuit of the operational amplifier 1 and is covered by deep negative feedback. The resistance of this closed key R 5 is summed with the output resistance of the operational amplifier 1, and its influence decreases by (1 + A) times, where A is the gain of the operational amplifier of the operational amplifier 1, and the relative error introduced by this resistance is:
The influence of the residual EMF E of the closed key will also be reduced by (1 + A) times, and the relative error caused by it with the current at the input I input will be reduced . will be:
Thus, with a sufficiently large gain of the operational amplifier 1, the residual parameters of the closed key of the switch 2 practically do not affect the accuracy of the device.
Влияние остаточных параметров разомкнутых ключей коммутатора 2 будет аналогично прототипу. Однако, поскольку погрешности, вызванные остаточными параметрами этих ключей в замкнутом состоянии пренебрежимо малы, ключи коммутатора 2 можно подбирать по их параметрам в разомкнутом состоянии, минимизируя соответствующие погрешности. The influence of the residual parameters of the open keys of the switch 2 will be similar to the prototype. However, since the errors caused by the residual parameters of these keys in the closed state are negligible, the keys of the switch 2 can be selected according to their parameters in the open state, minimizing the corresponding errors.
Для подбора номиналов масштабных резисторов 3 и 4 и резистора обратной связи 6 (Rос) необходимо решить систему из N уравнений, связывающих преобразуемый ток Iвхj и выходное напряжение Uвыхj при всех N коэффициентах передачи:
Поскольку система имеет N уравнений, а неизвестных N+2, то два необходимо задать.To select the values of the scale resistors 3 and 4 and the feedback resistor 6 (R OS ), it is necessary to solve a system of N equations relating the converted current I injj and the output voltage U outjj for all N transmission coefficients:
Since the system has N equations, and unknowns N + 2, two must be specified.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92011407A RU2066068C1 (en) | 1992-11-03 | 1992-11-03 | Current-to-voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92011407A RU2066068C1 (en) | 1992-11-03 | 1992-11-03 | Current-to-voltage converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92011407A RU92011407A (en) | 1995-10-20 |
| RU2066068C1 true RU2066068C1 (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=20133472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92011407A RU2066068C1 (en) | 1992-11-03 | 1992-11-03 | Current-to-voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2066068C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544768C1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-03-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Microwave radiation source detecting device |
| RU184807U1 (en) * | 2018-04-30 | 2018-11-12 | Сергей Александрович Лукин | ELECTRICALLY DISCONNECTED CURRENT SIGNAL CONVERTER TO VOLTAGE USING GENERAL APPLICATION OPTRONS |
-
1992
- 1992-11-03 RU RU92011407A patent/RU2066068C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.: Энергоатомиздат, 1988, с.39 - 40, рис. 1.16 а. 2. Журавин Л.Г. и др. Методы электрических измерений.- Л.: Энергоатомиздат, 1990, с.65. 3. Швецкий Б.И. Электронные цифровые приборы.- Киев: Техника, 1981, с.187, рис. 100. 4. Смолов В.Б. и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации.- Л.: Энергия, 1976, с.55. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2544768C1 (en) * | 2013-11-08 | 2015-03-20 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Microwave radiation source detecting device |
| RU184807U1 (en) * | 2018-04-30 | 2018-11-12 | Сергей Александрович Лукин | ELECTRICALLY DISCONNECTED CURRENT SIGNAL CONVERTER TO VOLTAGE USING GENERAL APPLICATION OPTRONS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5867054A (en) | Current sensing circuit | |
| US3786350A (en) | Linear input ohmmeter | |
| EP1797443B1 (en) | Charging method and circuit using indirect current sensing | |
| RU2066068C1 (en) | Current-to-voltage converter | |
| KR102373597B1 (en) | Digital-to-analog converter having R-2R ladder | |
| EP0558243A2 (en) | Digital to analog converter with precise linear output for both positive and negative digital input values | |
| Tapashetti et al. | Design and simulation of op amp integrator and its applications | |
| KR900008046B1 (en) | Comparator | |
| US3810157A (en) | Bipolar digital-to-analog converter | |
| SU978055A1 (en) | Current to voltage converter | |
| JP3189866B2 (en) | Resistance meter calibration device | |
| US4529966A (en) | High-speed bipolar logarithmic analog-to-digital converter | |
| SU1112286A2 (en) | Digital measuring instrument | |
| SU974304A1 (en) | Transistor static gain digital meter | |
| SU1059664A1 (en) | Differential amplifier | |
| SU953723A1 (en) | Digital-analogue converter | |
| SU1425558A1 (en) | Electrical resistance simulator | |
| JP3199284B2 (en) | Power measurement value addition circuit | |
| RU2028630C1 (en) | Resistance-to-voltage changer | |
| RU2127887C1 (en) | Instrument ac transducer | |
| RU1826070C (en) | Resistance and conductance box | |
| KR19980082915A (en) | Offset Evaluation Circuit and Its Method | |
| RU1830182C (en) | Resistance converter | |
| RU26127U1 (en) | DEVICE FOR TEMPERATURE MEASUREMENT | |
| RU2054790C1 (en) | Measuring operational amplifier |