SU1673996A1

SU1673996A1 - Масштабный измерительный преобразователь

Info

Publication number: SU1673996A1
Application number: SU894669933A
Authority: SU
Inventors: Евгений Яковлевич Мандригель
Original assignee: Предприятие П/Я А-7701
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1991-08-30

Abstract

Изобретение относитс к электрометрии и может быть использовано дл измерени слабых напр жений и токов. Цель изобретени - повышение точности и расширение области применени за счет высокого входного сопротивлени - достигаетс применением усилител 1, тактового генератора 5, двух ключей 7, 19, конденсаторов 6, 22, делител 10, резисторов 11, 12. Устройство содержит также сумматор 13, резисторы 14, 15, делитель 16, усилитель 23, резисторы 26 - 31. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам электрометрии и предназначено для измерения слабых напряжений и токов.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области применения за счет обеспечения высокого входного сопротивления преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема масштабного измерительного преобразователя.

Устройство содержит основной усилитель 1 с инвертирующим 2 и неинвертирующим 3 входами, источник 4 измеряемого сигнала, тактовый генератор 5, разделительный конденсатор 6, первый ключ 7 с размыкающим контактом 8 и замыкающим 9. первый делитель 10 напряжения на резисторах 11, 12, сумматор 13, состоящий из дополнительного 14 и нормирующего 15 резисторов, второй делитель 16 напряжения, состоящий из входного 17 и выходного 18 резисторов, второй ключ 19 с размыкающим 20 и разомкнутым 21 контактами, запоминащий конденсатор 22, разностный усилитель 23 с инвертирующим 24, неинвертирующим 25 входами и резистором 26 обратной связи. пять согласующих резисторов 27-31.

Один из выводов источника 4 измеряемого сигнала через резистор 15 подключен к неинвертирующему входу 2 усилителя 1. через последовательно соединенные резисторы 15. 14,размыкающий контакт 8 ключа 7. резистор 1 1 к выходу усилителя 1. Выход усилителя 1 через резистор 17 подключен к входу 3, через разделительный конденсатор 6 - к ключу 19, а через первый согласующий резистор 27 - к неинвертирующему входу 24 усилителя 23. Размыкающий контакт 20 ключа 19 через резистор 28 подключен к входу 25 усилителя 23, а через резистор 29 - к общей шине устройства. Контакт 21 ключа 19 через резистор 30 соединен с запоминающим конденсатором 22 и через резистор 31 - с инвертирующим входом 24 усилителя 23, выход которого является выходом устройства 32.

Вторые выводы источника 4, генератора 5, резисторов 12, 18. конденсатора 22 подключены к общей шине преобразователя.

Причем коэффициент преобразования первого делителя напряжения выбран обратным коэффициенту усиления усилителя 1 по полезному сигналу, с целью формирования на резисторе 12 составляющей полезного сигнала Yi2n. равный уровню полезного сигнала Ул с источника 4:

У12П=Ул (1)

Соотношение между нормирующими 15 и дополнительным 14 резисторами выбрано из условий формирования превышения в одном из тактов устройства коэффициента усиления составляющих дрейфа, шумов К_Од1 над коэффициентом усиления полезного сигнала K_Oni в пределах 1,2 < η < 2:

’ к-п- <²>

Устройство работает следующим образом.

Например, проводят усиление полезного сигнала У 4 с источника 4 в первом такте при разомкнутом ключе 7.

В этом случае коэффициент усиления усилителя 1 определяется только вторым формирователем на резисторах 17, 18 как для полезного сигнала Уж так и для составляющей шумов, дрейфа У_ДШ1.

С учетом выражений (1), (2) можно записать

Коп2 = Код2 — Копд ⁼ 1 _ Д ' (3) где Κι - номинальное значение коэффициента усиления усилителя 1 без обратной связи;

Pi --коэффициент преоб«17 + R18 разования делителя на резисторах 17, 18; Pi. Κι - глубина обратной связи. При выборе значений Р1Кι > 10-100 выражение (3) упрощается:

К - ¹

Попд--р-—

Таким образом, сигнал на выходе усилителя 1 в положении ключа 7 на контакте 9 равен

Увых1(9)⁼Копд(У4⁺Удш1). (4)

В другом из тактов (в положении ключа 7 на контакте 8) на входе 2 усилителя 1 формируется суммарный сигнал Уг(8). представляющий параллельное соединение сигнала У4 с источника 4 через резистор 15 и сигнал с резистора 12 через резистор 14. С учетом условия (1) коэффициент преобразования делителя на резисторах 11,12 равен р = . ¹ ₌ ^R12 «-г ² Копд (9) ^R12 + R11

Следовательно, qигнaл У12 на резисторе 12 равен

У12=У4+Удш1. (6) „ Наличие составляющей У4 в сигнале на₍резисторе 12 позволяет полностью исклю чить шунтирование источника 4 и снижение входного сопротивления преобразователя.

Искомый сигнал У2(8) на входе 2 усилителя при условии (6) и выборе соотношений Ri5>>R4. Ri4>>Ri2. R2>> R15 можно предста- 5 вить как параллельное соединение источника 4 с сигналом У4 и внутренним сопротивлением R15 и источника сигнала У12 с внутренним сопротивлением R14.

У4 ₊ У12

V , _ч _ Rib Rl4 _ _v , _{D v}

Y 2 ( 8 ) = —ij------ϊ— = У4 + Рз У gui 1 .

R15 + R14 15 где Рз = в——гъ— ~ коэффициент ослабR15 + R 14 ления составляющих дрейфа шумов на входе 2 усилителя 1; 2θ

R4 - внутреннее сопротивление источника 4;

R2 - входное сопротивление усилителя по входу 2.

Таким образом в точке суммирования 25 на входе 2 усилителя периодически в одном из тактов с частотой тактового генератора Fs формируется сигнал Уг(8).

Так какуровень составляющей полезного сигнала на входе 2 усилителя остается 30 неизменным и равным У4 в положении ключа 7 на контакте 3 и 9, то и составляющая полезного сигнала У_Вых1п(8) на выходе усилителя 1 равна.

Увых1п(8)”Копд(9)У4.

Τ θ. Увых 1п(8}~УВых 1г>(9)·

Тогда коэффициент усиления К₀1д(8) дрейфа, шумов и в положении ключа 7 на контакте 8 с учетом коэффициентов Рг, Рз можно представить в следующем виде: 40 _ν ι \ — ___ Ко1д(э) ^к°1д(8) 1 -Р₂'Рз’Ко1д(9) который с учетом выражения (5) упрощается ^5

— η К опд ( 9 ) , где коэффициент п=

Ί - Рз выбирается в пределах 1,2< п < 2. Нижний предел п> 1,2 выбирается из условия обеспечения мини мального уровня превышения, ниже которо- 55 го не гарантируется достоверность и точность обработки получаемой информации. Выбор верхнего предела п< 2 обусловлен обеспечением гарантированного запаса устойчивости работы преобразователя.

), выделяют периодиВыбор пределов 1,2< η < 2 обеспечивается соотношением резисторов 14, 15.

Следовательно, полный сигнал на выходе усилителя 1 в такте ключа 7 на контакте 8 можно представить в виде

Увых1(8)~Копд(У4⁺пУдш1). (7)

Из сопоставления выражений (7) и (4) следует превышение в η раз усиленной составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте 8 не только под составляющей полезного сигнала У4, но и над составляющей дрейфа, шумов в такте ключа 7 на контакте 9.

При выборе F5>>F4, где F4 - верхняя частота полезного сигнала У4, на выходе усилителя формируют периодический высокочастотный сигнал дрейфа, шумов с известной амплитудой по отношению к составляющей дрейфа, шумов У_ди)1

Увдш1⁼ ( О - 1 ) Удш1.

С помощью разделительного конденсатора 6, представляющего значительное сопротивление для составляющих полезного сигнала и дрейфа, шумов этого диапазона частот по сравнению с сопротивлением для периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов 1

С_б ческую высокочастотную составляющую.

Затем с помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 20, например, проводят синхронное детектирование и выделение на резисторе 29 однополярной периодической высокочастотной состаопяющей, адекватной по фазе такой же составляющей на выходе усилителя 1.

С помощью ключа 19 в положении замкнутого контакта 21 проводят синхронное детектирование и выделение на запоминающем конденсаторе 22 огибающей периодической высокочастотной составляющей, обратной фазы и пропорциональной составляющей дрейфа, шумов на выходе усилителя 1,

Полный сигнал с выхода усилителя 1. включая усиленные полезную составляющую, шумов и периодическую высокочастотную составляющую дрейфа, шумов, через резистор 27 поступает на инвертирующий вход 24 разностного усилителя 23. На вход 24 поступает с запоминающего конденсатора 22 и периодически с контакта 21 через резистор 31 выделенная составляющая дрейфа, шумов противоположной фазы и компенсируют адекватную составляющую с выхода усилителя 1. На инвертирующий вход 25 разностного усилителя 23 через резистор 28 поступает выделенный с резистоΊ pa 29 периодический высокочастотный сигнал, адекватный по амплитуде и фазе сформированному периодической высокочастотной составляющей дрейфа, шумов на входе 24 и обеспечивает взаимокомпенсацию его на выходе 32 преобразователя. Полная компенсация отмеченных сигналов достигается за счет выбора соотношений между резисторами 27, 28, 31 с учетом коэффициента преобразования цепей синхронного детектора на ключе 19.

Значения резисторов 29, 30, 31 выбираются из условий обеспечения значений номинальной нагрузки R_H для усилителя 1 и условий заряда и разряда запоминающего конденсатора

R29=R3O» Rh,

R29=R3O << Rz8. R31,

3R30 C22 '27^· (R3o+R3i)C22>

Claims

Формула изобретения

Масштабный измерительный преобразователь. содержащий основной усилитель, тактовый генератор, два ключа с размыкающим и замыкающим контактами, разделительный и запоминающий конденсаторы, делитель напряжения, клемму для подключения измеряемого сигнала, причем первый вход делителя напряжения соединен с выходом основного усилителя, а второй вход с инвертирующим входом основного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения за счет обеспечения высокого входного сопротивления преобразователя, в него введены сумматор, разностный усилитель с резистором между выходом и его 5 инвертирующим входом, пять согласующих резисторов, второй делитель напряжения, причем клемма для подключения измеряемого сигнала соединена с первым входом сумматора, второй вход которого через раз10 мыкающий контакт первого ключа соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход - с неинвертирующим входом основного усилителя, вход второго делителя напряжения соединен с выходом основного 15 усилителя, выход основного усилителя через разделительный конденсатор соединен с вторым ключом, а через первый согласующий резистор - с инвертирующим входом разностного усилителя, размыкающий кон20 такт второго ключа через второй согласующий резистор соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя, а через третий согласующий резистор - с общей шиной преобразователя, 25 замыкающий контакт второго ключа через четвертый согласующий резистор соединен с запоминающим конденсатором, а через пятый согласующий резисторе инвертирующим входом разностного усилителя, выход 30 которого является выходом преобразователя, второй выход тактового генератора, второй вывод запоминающего конденсатора соединены с общей шиной преобразователя, первый выход генератора соединен с управ35 ляющими входами первого и второго ключей.