SU1656470A1 - Электрометрический преобразователь малых токов и зар дов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  в области низких частот Преобразователь содержит операционный усилитель (ОУ) 1, ин тегрирующий конденсатор 2, разр дную цепь 3, аналоговый сумматор 4, блок 9 выборки-хранени . Введение неинвертирующего усилител  5, фильтра 8 низких частот управл емого генератора 10 импульсов, блока 11 дифференцировани  и резисторов 6. 7 обеспечивает уменьшение погрешности , св занной с ограниченным коэффициентом усилени  ОУ, при сохранении высоких динамических характеристик устройства . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  в области низких частот

На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь содержит операционный усилитель 1. интегрирующий конденсатор 2, разр дную цепь 3, аналоговый сумматор 4, неинвертирующий усилитель 5, первый и второй резисторы 6 и 7, фильтр 8 нижних частот, .блок 9 выборки-хранени , управл емый генератор 10 импульсов, блок 11 дифференцировани .

К входу 12 устройства подключены первый вывод резистора 6, перва  обкладка конденсатора 2 и вход усилител  5. К выходу 13 преобразовател  присоединены втора  обкладка конденсатора 2, первый вывод цепи 3, выход сумматора 4, вход блока 11 и вход блока 9. К выходу усилител  5 подключены первый вывод резистора 7 и инвертирующий вход усилител  1, вторые выводы резисторов 6 и 7 соединены с вторым выводом цепи 3. К выходу блока 11 подключен вход генератора 10, выход которого соединен с входом стробировани  блока 9. Выход блока 9 через фильтр 8 подключен к второму входу сумматора 4, к первому входу которого подключен выход усилител  1. Вход управлени  цепи 3 соединен с входом 14 Сброс устройства.

Неинвертирующий усилитель 5 содержит операционный усилитель 15 и два резистора 16 и 17. Неинвертирующий вход усилител  15 подключен к входу усилител  5. к инвертирующему входу усилител  15 присоединены первые выводы резисторов 16 и 17, их вторые выводы подключены соответственно к общей шине преобразовател  и выходу усилител  15, выход последнего соединен с выходом усилител  5.

Разр дна  цепь 3 может быть выполнена на аналоговом ключе или на программируемом усилителе, вход которого соединен с выходом 13 электрометрического преобразовател , выход - с вторыми выводами резисторов 6 и 7. а вход управлени  - с входом 14 Сброс,

О

ел

Qs

Јь VJ

О

Электрометрический преобразователь функционирует следующим образом. После подачи питающих напр жений вследствие переходных процессов в схеме выходное напр жение Ui3 электрометрического пре- образовател  отлично от нул , конденсатор 2 зар жен до некоторого уровн  (фиг. 2а, интервал времени 0-ti). В момент времени ti на вход 14 Сброс поступает команда начальной подготовки, длительность кото- рой определ етс  интервалом времени п - t2 (фиг. 26), при этом разр дный ключ 3 замыкаетс  и вторые выводы резисторов 6 и 7 соедин ютс  с выходом электрометрического преобразовател . Происходит разр д конденсатора 2. Так как выходное сопротивление сумматора 4 значительно меньше сопротивлени  резистора 7, выходной сигнал неинвертирующего усилител  5 практически не оказывает вли ни  на разр д конден- сатора 2. После окончани  команды начальной подготовки устройство готово к проведению измерений.

В момент времени гз на вход электрометрического преобразовател  поступает преобразуемый сигнал Qx (фиг. 2в). Выходной сигнал Ui3 скачкообразно измен етс , его форма соответствует форме входного сигнала. На вход стробировани  блока 9 выборки-хранени  поступают импульсы Uio (фиг. 2д) с выхода генератора 10, частота которых пропорциональна скорости изменени  напр жени  Ui3, на выходе блока 9 формируетс  напр жение иэ(фиг. 2е). К моменту времени м выходное напр жение операционного усилител  1 практически достигает выходного уровн  преобразовател . Входное напр жение Ui (фиг. 2ж) усилител  1 определ етс  выходным сигналом Ue (фиг. 2г) фильтра 8 и выходным сиг- налом Ui3:

Ui (Ua-Ui3)/Ki где «1 - коэффициент усилени  усилител  1.

В момент времени ts в блок 9 записываетс  сигнал, уровень которого практически равен текущему уровню выходного напр жени  преобразовател .

Входной сигнал Дч неинвертирующего усилител  5 после записи сигнала равен

AI -Хвх-ХВЫх/ 1

где Хвх, Хрых входной и выходной сигналы преобразовател ,

- коэффициент передачи цепи отрицательной обратной св зи.

Так как ХЯЫх Ai KiKs, где Ks коэффи- циент усилени  неинвертирующего усилител  5. то

Хвх

Т + KI kT/fi

Если входной сигнал Хв не успевает изменитьс  до второго импульса с выхода генератора 10, входной сигнал Депосле прихода второго стробирующего импульса на блок будет определ тьс  по формуле

X вх, -Kl ч

1 -4- V VTW. I

Д2

1 -I- U Г+ Ki Ki/Ti Аналогично после третьего импульса управл емого генератора 10

X вх, ,М N.5/51 Л

Дз

( 1 К1 ,2

Ji4 Г+ Ki

1 +Ki K5;

После п тактов и неизменной величине входного сигнала электрометрического преобразовател  приведенный входной сигнал An неинвертирующего усилител  5 определ етс  по формуле

Г+КтЖ

t 1 - .1 TU r+K7K57 ij

Анализ формулы показывает, что при единичной обратной св зи и коэффициенте усилени  тракта Кг«5 40, после поступлени  трех импульсов с генератора 10 приведенный сигнал составл ет Лз 10 5 АО . где До входной сигнал неинвертирующего усилител  5 без введени  корректирующего сигнала с выхода блока 9

Таким образом, при усилении медленно мен ющихс  сигналов (т.е. сигналов, верхн   гранична  частота которых значительно меньше частоты выходных сигналов генератора 10 импульсов) результирующий коэффициент усилени  в дес тки и сотни раз превышает коэффициент усилени  тракта преобразовани , т.е. введение корректирующего сигнала с выхода блока 9 выборки- хранени  позвол ет уменьшить погрешность, св занную с ограниченным коэффициентом усилени  операционного усилител  1.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электрометрический преобразователь малых токов и зар дов, содержащий операционный усилитель, интегрирующий конденсатор , перва  обкладка которого соединена с входом преобразовател , а втора  обкладка - с первым выводом разр дной цепи и входом блока выборки-хранени , вход управлени  разр дной цепи подключен к входу Сброс преобразовател , аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилител , а выход - с выходом преобразовател , отличающийс  тем, что. с целью повышени  точности преобразовани  в области низких частот, в него введены неинвертирующий усилитель, фильтр нижних частот, управл емый генератор импульсов, блок дифференцировани  и два резистора, причем с входом преобразовател  соединины вход неинвертирующего усилител  и первый вывод первого резистора, выход неинвертирующего усилител  подключен к первому выводу второго резистора и инвертирующему входу операционного усилител , вторые выводы резисторов соединены с вторым выводом разр дной цепи, втора  обкладка интегрирующего конденсатора

   подключена к входу блока дифференцировани  и выходу устройства, выход блока дифференцировани  через управл емый генератор импульсов подключен к входустро- бировани  блока выборки-хранени , выход которого через фильтр нижних частот подключен к второму входу аналогового сумматора .