SU1539668A1 - Потенциометр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  построени  схем прецизионных потенциометров, калибраторов напр жени , в цифроаналоговых преобразовател х в качестве формировател  напр жени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  и уменьшение габаритов - достигаетс  введением в потенциометр на каждый декадный переключатель 12,13 операционного усилител  38,39 с полевым транзистором 40,41 и опорного резистора 42,43 соответственно и р да стабилитронов. В потенциометре имеетс  также декада с положением токов, состо ща  из р да декадных резисторов и р да декадных переключателей 12,13, источник 37 опорного напр жени  и источник 36 питани . 1 ил.

Description

сд

СО СО

OS

as ос

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  построени  схем прецизионных потенциометров, калибраторов напр жени , особенно портативных, и в цифроаналоговых преобразовател х и других устройствах в качестве формировател  напр жени .

Цель изобретени  - повышение точ- ности измерени  и уменьшение габаритов за счет исключени  перераспределени  токов при перемещении подвижного контакта и отсутстви  бросков напр жени , а также за счет уменьшени  ко- личества прецизионных резисторов и применени  стабилизаторов тока.

На чертеже представлена принципиальна  схема двухразр дного потенциометра

Потенциометр состоит из декады 1 с наложением токов, состо щей из р да последовательно соединенных декадных резисторов 2-11 с р дом декадных переключателей 12,13 (по одному на каждый разр д), содержащих неподвижные кон- такты и 25-35 соответственно декады 12 и 13, нечетные из которых 1, 16, 18, 20, 22, 2k - декады 12 и 25, 2/,24,31,33,35 декады 13, соединены с соответствующими выводами декадных резисторов 2-11, источника 36 питани  источника 37 опорного напр жени , по одному на каждый декадный переключатель 12-13 операционному усилителю 38 39 с полевым транзистором АО, 41 и опорным резистором 42,43 р да стабилитронов , каждый из которых включен между соответствующим четным 15,17...23 (в декаде 12), 2б,28...34 (в декаде 13) неподвижным контактом соответствующего декадного переключател  12, 13 и соответствующим выводом р да декадных резисторов 2-11. Пол рность включени  каждого стабилитрона должна быть такой, чтобы при установке подвижного контакта соответствующе го декадного переключател  на неподвижный контакт, соединенный со стабилитроном , по стабилитрону протекал ток в направлении, в котором стабилитрон стабилизирует напр жение.

Первые выводы всех опорных резисторов соединены с одним полюсом источника питани  (плюсом). Второй вывод каждого опорного резистора соединен с истоком соответствующего полевого транзистора (резистор 42 - с истоком i полевого транзистора 40, резистор П с истоком полевого транзистора 41) и

о

,

j 5

5 5 0

, 0

5

40

с инвертирующим входом соответствующего операционного усилител  (резистор

42- с входом усилител  38, резистор

43- с входом усилител  39) Выводы питани  операционных усилителей 38,39 соединены с соответствующими полюсами источника 36 питани . Сток каждого полевого транзистора 40 и 41 соединен с подвижным контактом 25, 26 соответственно переключател  12 и 13. Затвор каждого полевого транзистора 40 и 41 соединен с выходом соответствующего операционного усилител  38,39- Выходное компенсационное напр жение снимаетс  с крайних выводов (соединенных

с контактами 1 и 24) последовательно соединенных декадных резисторов 2-11, один из которых (соединенный с контактом соединен со средним выводом источника 36 питани . Источник 37 опорного напр жени  одним полюсом (минусом) соединен с клеммой соединени  всех опорных резисторов 42 и 43, а вторым полюсом (плюсом) - с неинвертирующим входом операционного усилител  39, соответствующего старшему разр ду . Неинвертирующий вход каждого операционного усилител  38 и 39, кроме операционного усилител  старшего разр да 39, соединен с втор ым выводом опорного резистора 43 старшего разр да.

Потенциометр работает следующим ,разом.

Напр жение от источника 37 опорного напр жени  приложено между одним выводом (минусом) источника 36 питани , соединенным с первым выводом опорных резисторов 42 и 43, и неинвертирующим входом операционного усилител  39 старшего разр да. Выходное напр жение операционного усилител  39, управл   через затвор полевым транзистором 41, стремитс  сделать потенциал инвертирующего входа равным потенциалу неинвертирующего входа (точность установки потенциала инвертирующего входа зависит от качества используемого операционного усилител -коэффициента усилени , напр жени  смещени ;. Ток истока полевого транзистора 41 в этом случае (если пренебречь входным током операционного усилител  39) будет равен отношению напр жени  источника 37 опорного напр жени  к сопротивлению опорного резистора 43. На сток полевого транзистора 41 ток поступает от среднего вывода источника 36 питани  через часть декадных резне

торов 2-11, которые включены между средним выводом источника 36 питани  и неподвижным контактом декадного переключател  13, на котором в конкретный момент времени установлен его подвижный контакт. От прохождени  тока по декадным резисторам 2-11 образуетс  падение напр жени , которое снимаетс  с крайних выводов, соединенных с контактами и 2, последовательно соединенных декадных резисторов 2411. Это напр жение численно равно произведению проход щего тока на суммарное сопротивление включенной части резисторов 2-11. А так как ток стока практически равен току истока, то образованное на выходе потенциометра напр жение можно определить как произведение напр жени  источника 37 опорног напр жени  на отношение сопротивлени  опорного резистора 43 к сопротивлению части включенных резисторов 2-11. Аналогично работает младший разр д, включающий в себ  операционный усилитель 38, полевой транзистор 40, опорный резистор 42, декадный переключатель 12. Источником опорного напр жени  младшего разр да служит напр жение, снимаемое с опорного резистора 43 старшего разр да. При одновременной работе обоих разр дов выходное напр жение потенциометра равно сумме напр жений , образованных прохождением токов всех разр дов.

Когда подвижный контакт старшего разр да-переключател  13 установлен на неподвижный контакт 35, а подвиж- ный контакт младшего-разр да-переключател  12 при переключении замыкает одновременно контакты 23 и 2k, стабилитрон 48 оказываетс  включенным параллельно резистору 11, напр жение на котором всегда меньше напр жени  стабилитрона 48 (номинальное напр жение одной ступени старшего разр да всегда не превышает 1 В, а напр жение стабилизации у стабилитронов обычно значительно больше). Поэтому стабилитрон 48 закрыт (не проводит ток) и не ока- зывает шунтирующего действи  на резистор 11, вызывающего изменение выходного напр жени , соизмеримое со ступенью переключаемой декады (разр да). Выходное напр жение з этот момент такое же, как в момент, когда подвижный контакт декадного переключател  12 соединен только с неподвижным контактом 24. Что касаетс  погрешности, эноси

39668

мой

10

15

20 25

50 се 30

35

40

45

в этот переходной момент стабилитроном (шунтированием током закрытого стабилитрона), то ее рассматривать как вли ющую на результат измерени  не следует, так как отсчет при измерении производ т после окончани  переключени . Если бросок напр жени  от шунтировани  стабилитроном декадного резистора составит даже 10Ј от ступени переключаемой декады, то это приемлемо во всех случа х. Когда подвижный контакт декадного переключател  12 установитс  на неподвижном контакте 23, то резистор 11 перестанет шунтировать стабилитрон 48 и напр жение на стабилитроне от прохождени  по нему тока стока полевого транзистора 40 станет равным напр жению стабилизации этого стабилитрона. Выходное напр жение потенциометра при этом будет меньше на одну ступень декадного переключател  12, чем в предыдущем положении подвижного контакта (на контакте 24). Если теперь при дальнейшем переключении подвижный контакт переключател  12 замыкает одновременно контакты 23 и 22, то стабилитрон 48 при этом оказываетс  включенным параплельно декадному резистору 10, но в направлении, противоположном режиму стабилизации стабилитрона 48,- Поэтому стабилитрон не проводит ток, не оказывает шунтировани  резистору Ю и выходное н пр жение потенциометра соответствует напр жению при положении подвижного контакта на неподвижном контакте 22.

Аналогично работает потенциометр при перемещении подвижного контакта любого декадного переключател  при любом положении непереключаемых в этот момент декадных переключателей. Следовательно , при любом переключении декадных переключателей потенциометра на одну ступень выходное напр жение будет измен тьс  скачком, равным одной ступени переключаемого переключател . Рабочий ток каждого разр да не ад висит от положени  какого-либо декадного переключател  и от качества контактов в декадных переключател х (переходного сопротивлени  и термоконтактной ЭДС), а зависит лишь от напр жени  источника опорного напр жени , сопротивлени  опорного резистора и качества операционного усилител  (напр жени  смещени , входного тока). Поэтому в потенциометре отсутствует методическа  погрешность, вызванна 

2

перераспределением токов (как в прототипе ) при перемещении подвижного контакта и отсутствуют броски напр жени , превышающие напр жение ступени переключаемого разр да. Исключение методической погрешности повышает точность потенциометра, а устранение бросков напр жени  позвол ет производить измерение вариации провер емых приборов (милливольтметров, автоматических потенциометров) при использовании компенсационного напр жени  потенциометра в качестве источника калиброванных напр жений, когда требу- етс  плавным (или с заданной дискретностью ) изменением калиброванного напр жени  подводить стрелку повер емого прибора к оцифрованной отметке справа и- слева. В прототипе при выполнении этой операции броски напр жени , заключающиес  в уменьшении выходного напр жени  в момент переключени , практически дают всегда подвод стрелки к оцифрованной отметке только2 слева, т.к. выбросы напр жени  направлены в сторону уменьшени  напр жени  и не плавно, что приводит к ложному измерению вариации, т.е. к погрешности измерени  вариации. Кроме того, OT-J сутствие бросков напр жени  при измерении в момент уравновешивани  повышает точность отсчета по нулевому прибору и быстродействие измерени , исключаетс  также опасность повреждени  нулевого прибора перегрузкой от бросков .

Выходное напр жение потенциометра снимаетс  с крайних выводов декадных резисторов, а термоЭДС в контактах декадных переключателей совершенно не вли ет на результат измерени  (в прототипе такое вли ние имеетс ), т.е. не вызывает погрешности, следователь3

но, повышает точность по сравнению с прототипом.

Уменьшение габаритов потенциометра достигаетс , во-первых, за счет того, что по методу наложени  токов выполнены все разр ды (т.е. за счет уменьшени  количества прецизионных резисторов), включа  старшие (в прототипе сделать это нельз  из-за методической погрешности и бросков напр жени ) , во-вторых, за счет значитель- ного уменьшени  габаритов декадных пе реключателей, которое стало возможным благодар  исключению практически всех требований к качеству переходных контактов переключателей (к переходному сопротивлению, вариации его и к термоконтактным ЭДС) путем применени  стабилизаторов тока.

Claims (1)

1. Формула изобр

   е т е н и  

   5

   0

   5

   Потенциометр, содержащий декаду с наложением токов, состо щую из р да последовательно соединенных декадных резисторов с р дом декадных переключателей , неподвижные контакты каждого из которых соединены с соответствующими выводами декадных резисторов, источник опорного напр жени , источник питани , отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  габаритов и повышени  точности, .в него введены по одному операционному усилителю с полевым транзистором и опорным резистором на каждый декадный переключатель , р д стабилитронов, каждый из которых включен между соответствующим четным неподвижным контактом соответствующего декадного переключател  и соответствующим выводом р да декадных резисторов, при этом первые выводы всех опорных резисторов соединены с одним полюсом источника питани , второй вывод каждого опорного резистора соединен с истоком соответствующего полевого транзистора и с инвертирующим входом соответствующего операционного усилител , выводы питани  операционных усилителей соединены с соответствующими полюсами источника питани , сток каждого полевого транзистора соединен с подвижным контактом соответствующего декадного переключате- , л , затвор каждого полевого транзистора соединен с выходом соответствующего операционного усилител , источник опорного напр жени  одним полюсом соединен с первыми выводами всех опорных резисторов, а вторым полюсом - с неинвертирующим входом операционного усилител , соответствующего старшему

   разр ду, неинвертирующий вход каждо- i

   го последующего операционного усилител  соединен с вторым выводом опорного резистора старшего разр да, причем клеммы выходного компенсационного напр жени  соединены с-крайними выводами последовательно соединенных декадных резисторов соответственно, один из которых соединен с вторым выводом t источника питани  или со средним его выводом.