SU1322326A1 - Функциональный преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств дл  преобразовани  и измерени  посто нного тока. Цель изобретени  - повьшение точности , Функи юнальиый преобразователь содержит диф Ьеренпиальпый операдпон- НЫ11 ус шнтсль 1, инвертор 2, п аппроксимирующих  чеек 3 .-1, . . , , 3 .п , (п + 1) входных масштабных резисторов и ключей перво) 5 и второй 6 групп, блок 7 пам ти, блок 8 индикации, компаратор 9 напр жени , генератор 10 импульсов , счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов , мультив1 братор 14. Работа преобразовател  осуществл етс  в трех режимах РаОота, Коррекци  и И мс рсиие. Погрешность выбора под- дпапазо:;: сказываетс  только на выборе ис:оПхо;и г- ого запаса по перегрузке iia выбранном пределе измерени , который учитываетс  при выборе регист- Р лрунплего прииора. 2 ил. S (Л ЛоЭ 00 ГС ю со tc О)

Description

Изобретение относитс  к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств дл  преобразовани  и измерени  посто нного тока.

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг.1 приведена структурна  схема функционального преобразовател ; на фиг.2 - принципиальна  схема аппроксимирующей  чейки.

Функциональный преобразователь содержит дифференциальный операционный усилитель 1, инвертор 2, п аппроксимирующих  чеек 3.1,...,3.п, (п+1) входных масштабных резисторов А. 1, .. .,А.(п+1),п ключей 5.1,...,5.п первой группы, п ключей 6.1,...,6.п второй группы, блок 7 пам ти, блок 8 индикации, компаратор 9 напр жени , генератор 10 импульсов, счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов и мультивибратор 14.

Кажда  из п аппроксимирующих  чеек 3.1,...,Зп (фиг.2) содержит первый 15 и второй 16 входы аппроксимирующей  чейки, операционный усилитель 17 первый, второй и третий масштабные резисторы 18-20, первый и второй ограничительные диодные элементы 21 и 22, диоды 23 и 24, корректирующий резистор 25, повторитель 26, транзистор 27, первый и второй нагрузочные 1)езисторы 28 и 29, первый 30 и второй 31 выходы аппроксимирующей  чейки.

Преобразователь работает следую1цим образом.

В момент возникновени  импульса на выходе мультивибратора 14 функцио- нальньй преобразователь находитс  в режиме Работа . Блок 7 пам ти в данном случае переводитс  в режим записи поступающей информации с вторых выходов 31 аппроксимирующих  чеек 3.1,...,3.п. Считывани  информации с выходов блока 7 пам ти не будет так как по выходам в режиме записи он заблокирован. При этом ключи 5.1, ...,5.п открыты, а ключи 6.1,.,.,6.п закрыты.

Импульсом с выхода мультивибратора 14 счетчик 11 сбрасываетс  в нуль, вследствие чего напр жени  на выходе преобразовател  12 код - аналог и инвертирующем входе дифференциального операционного усилител  1 равны нулю.

5

0

В режиме Работа на вход функционального преобразовател  поступает исследуемый сигнал (входной ток), в зависимости от величины которого устанавливаетс  выходное напр жение усилител  1 и автоматически выбираетс  поддиапазон, в котором работает функциональный преобразователь. Напр жение с выхода усилител  1 поступает на вход инвертора 2 и первые входы 15 аппроксимирующих  чеек 3 .1,...,З.п.

Отдельно вз та  аппроксимирующа   чейка работает следующим образом.

На первый вход 15 аппроксимирующей  чейки поступает напр жение положительной пол рности с выхода усилител  1, а на второй ее вход 16 - отрицательное опорное напр жение.

и«,

Если вьшолн етс  условие ---

5

0

5

0

5

0

5

- --- О, напр жение на выходе

рационного усилител  17 имеет положительную пол рность. При этом открываютс  база-эмиттерный переход транзистора 27 и первый ограничительный диодный элемент 21. Напр жение на коллекторе открытого транзистора 27, нагрузкой которого  вл етс  резистор 28, имеет низкий потенциал. Диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 закрыты, и на первый выход 30 аппроксимирующей  чейки информаци  с его первого входа 15 не проходит.

Когда вьтолн етс  условие

U6U Uo

D D- напр жение на выходе

лител  17 становитс  отрицательным, и диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 открьтают- с , включа  в отрицательную обратную св зь усилител  17 повторитель 26 и масштабный резистор 20. Аппроксимирующа   чейка при этом считаетс  включенной . Через нее в цепь отрицательной обратной св зи дифференциального операционного усилител  1 подключаетс  соответствующий входной маштаб- ный резистор, измен ющий крутизну преобразовани  функционального преобразовател  .

Напр жение на коллекторе транзистора 27 при включенной аппроксимирующей  чейке имеет высокий потенциал ,

Пороги срабатывани  аппроксимирующих  чеек выбираютс  исход  из разбиени  общего диапазона изменени  входного тока на поддиапазоны путем выбора номиналов резисторов R18 и R19. На крутизну преобразовани , начина  с второго поддиапазона, кроме номиналов входных масштабных резисторов 4.1,...,4.п, подключенных к первым выходам 30 соответствующих аппроксимирующих  чеек, вли ет и номинал масштабного резистора 20.

Напр жение на выходе усилител  1 в режиме Работа дл  т-го поддиапазона определ етс  из выражени 

УвЫХ -Ugi,x(.i) + L IR, - iex(

К + и

Ар т

Де UB, .,, ,

1

вк

ВХ (т-М

т

напр жение на вькоде усилител  1 в точке изменени  крутизны в конце (т-1)-го поддиапазона;

входной ток на т-м поддиапазоне; входной ток в точке изменени  крутизны в конце (т-1)-го поддиапазона;

коэффициент пропорциональности дл  т-го поддиапазона;

и

АР

напр жение ухода нул  35 образовател  с коэффициентом преоб- на т-м поддиапазоне. разовани  К, выбранным автоматически На т-м поддиапазоне включены ап- в режиме Работа, исход  из величи- проксимирующие  чейки 3.1,...,3.(т-1) ны входного тока. и коэффициент пропорциональности

40

функционального преобразовател  определ етс  из выражени 

Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, то выходное напр жение усилител  1 согласно выражению (1) определ етс  только напр жением ухода нул  дл  - выбранного поддиапазона. Напр жение 45 ухода нул  с выхода усилител  1 поступает на вход компаратора 9 напр  -4

где Kj

Лп 41)

4.1 J

(2)

коэффициент передачи инвертора 2;

5л

RIO

кТГ

R 4 (bfil

R4.i

коэффициент передачи потенциалом. В случае неравенства ну по первому входу 15 лю данного напр жени  компаратор 9 аппрокси1 мрующей  чей-50 запускает генератор 10 импульсов,

блокировка которого на врем  такта коррекции сн та, благодар  воздействию разрешающего импульса с выхода формировател  13. Импульсы генераки 3.1;

номинал резистора

4.(п+1);

номинал резистора 4.1.

По окончании импульса мультивибра-55 тора 10 поступают на счетный вход тора 14 режим Работа заканчиваетс  счетчика 11, готового к счету посту- и начинаетс  формирование такта кор- пающих импульсов после окончани  ре- рекции, врем  которого определ етс жима Работа. Код состо ни  счетчи  ае о1 аJO

15

1)

20

е в и в ио25

30

длительностью импульса с выхода формировател  13, форьп1руемого из заднего фронта иютульса мультивибратора 14,

На врем  такта коррекции ток исследуемого сигнала на вход функционального преобразовател  не поступает .

По окончании импульса мультивибратора 14 блок 7 пам ти переводитс  в режим считывани , при котором с его выходов выводитс  информаци  о включенных в режиме Работа аппроксимирующих  чейках. Сигналы с выхода блока 7 пам ти, воздейству  на входы управлени  ключей первой и второй группы, измен т состо ние только тех из них, которые св заны с аппроксимирующими  чейками, бывшими включенными в режиме Работа. Поэтому вторые входы данных аппроксимирующих  чеек отключатс  от отрицательной шины источника двупол рного опорного напр жени  соответствующими ключами первой группы. Сами аппроксимирующие  чейки останутс  включенными за счет протекани  тока от положительной шины источника двупол рного опорного напр жени  через открытые ключи второй группы на первые их выходы.

Таким образом, после окончани  импульса мультивибратора 14 функциональный преобразователь переводитс  в режим пр мо пропорционального пре35 образовател  с коэффициентом преоб- разовани  К, выбранным автоматически в режиме Работа, исход  из величи- ны входного тока.

40

Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, то выходное напр жение усилител  1 согласно выражению (1) определ етс  только напр жением ухода нул  дл  - выбранного поддиапазона. Напр жение 45 ухода нул  с выхода усилител  1 поступает на вход компаратора 9 напр ка 11 непрерывно поступает на входы преобразовател  12 код - аналог, где преобразуетс  в выходное пр мо пропорциональное напр жение, поступающее далее на инвертирующий вход усилител  1 дл  компенсации напр жени  ухода нул . Когда напр жение на выходе усилител  1 станет равным нулю, компаратор 9 переключитс  в противоположное состо ние и генератор 10 прекратит генерацию импульсов. В счетчике зафиксирован код, при котором напр жение на выходе усилител  1 равно нулю.

Счетчик 1Т может быть как однонаправленного , так и реверсивного счета.При использовании реверсивного счетчика генератора 13 подаютс  импульсы на входы пр мого или обратного счета в зависимости от состо ни  компаратора 9 на все врем  действи  импульса с выхода формировател  13.

По окончании такта коррекци  до момента генерации мультивибратором 14 очередного импульса функциональный преобразователь находитс  в режиме Измерение, в течение которого на его вход вновь подаетс  ток исследуемого сигнала.

Напр жение на выходе усилител  1 в режиме Измерение пр мо пропор- - циоиально зависит от входного тока:

и

6Ы, ИЗМ

вх

к„

где К определ етс  согласно выражению (2).

Из описани  работы преобразовател  видно, что определение поддиапазона может произойти с погрешностьк вызванной напр жением ухода нул , но это на конечный результат измерени  величины входного тока не вли ет. Погрешность выбора поддиапазона скажетс  только на выборе необходимого запаса по перегрузке на выбранном пределе измерени , который учитываетс  при выборе регистрирующего прибора

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, выход которого  вл етс  выходом преобразовател  и подключен к входу инвертора, источ- -ник-двупол рного опорного напр жени  п аппроксимирующих  чеек, кажда  из

   которых содержит операционный усилитель , вход которого соединен с первыми выходами первого, второго и третьего масштабных резисторов и

   первым вьшодом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов  вл ютс  первым и вторым входами аппроксимирующей  чейки выход операционного усилител  через второй ограничительный диодный зле- мент, выполненный на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, подключенных общим

   выводом через корректирующий резистор к шине нулевого потенциала, соединен с входом повторител , соединенным с первым выходом аппроксимирующей  чейки и подключеннь1м выходом к второму

   выводу третьего масштабного резистора , ключевой злемент, вьшолненный на транзисторе, база которого подключена к выходу операционного усилител , коллектор подключен к второму выходу

   аппроксимирующей  чейки и через первый нагрузочный резистор соединен с положительной шиной источника двупол рного опорного напр жени , змиттер транзистора соединен с вторым выводом

   первого ограничительного диодного элемента, подключенного через второй нагрузочный резистор к шине нулевого потенциала, первые входы п аппроксимирующих  чеек объединены и подключены к выходу дифференциального операционного усилител , первый выход каждой i-й (,2,...,п) аппроксимирующей  чейки через 1-й входной масштабный резистор и выход инвертора

   через (п+1)-й входной масштабный резистор подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилител , второй выход каждой i-й аппроксимирующей  чейки соединен

   с соответствующим i-м входом блока индикации, компаратор напр жени ,выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, соединенного выходом со счетным входом счетчика,

   первый вход компаратора напр жени  подключен к шине нулевого потенциала, блок пам ти, преобразователь код - аналог, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в

   него введены мультивибратор, формирователь импульсов и перва  и втора  группы из п ключей, информационные входы которых подключены соответственно к отрицательной и положительной шинам источника двупол рного опорного напр жени , управл ющие входы i-x ключей первой и второй группы объединены и подключены к соответствующему i-му выходу блока пам ти, выход i-ro ключа первой груп- пы соединен с вторым входом i-й аппроксимирующей  чейки, первый выход

   которой подключен к выходу ключа второй группы, i-й информационный вход блока пам ти подключен к второму выходу i-й аппроксимирующей  чейки, выход мультивибратора подключен к входу разрешени  записи-считывани  блока пам ти, входу сброса счетчика и через формирователь импульсов к входу блокировки генератора импульсов

   Редактор Н.Рогулич

   Составитель Н.Зайцев Техред Л.Олейник

   Заказ 2868/48Тираж. 672Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна ,- 4

   Корректор Н.Король