Электрометрический преобразователь малых токов и зарядов
Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности преобразования в области низких частот Преобразователь содержит операционный усилитель (ОУ) 1, ин тегрирующий конденсатор 2, разрядную цепь 3, аналоговый сумматор 4, блок 9 выборки-хранения . Введение неинвертирующего усилителя 5, фильтра 8 низких частот управляемого генератора 10 импульсов, блока 11 дифференцирования и резисторов 6. 7 обеспечивает уменьшение погрешности , связанной с ограниченным коэффициентом усиления ОУ, при сохранении высоких динамических характеристик устройства . 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
4!
":. :-.-" . Р"; т . . ГУ-"А . 5йзАЫ = л
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4622157/21 (22) 20.12.88 (46) 15.06.91. Вюл. N 22 (72) А.В,Есаулов (53) 621.317.7 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 705351, кл. С 01 R 19/00, 1977. (54) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА-.
ЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ТОКОВ И ЗАРЯДОВ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности преобразования в
Изобретение относится к электроизмерител ьной технике.
Цель изобретения — повышение точности преобразования в области низких част от.
На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы.
Преобразователь содержит операционный усилитель 1, интегрирующий конденсатор 2. разрядную цепь 3, аналоговый сумматор 4, неинвертирующий усилитель 5, первый и второй резисторы 6 и 7, фильтр 8 нижних частот,.блок 9 выборки-хранения, управляемый генератор 10 импульсов, блок
11 дифференцирования.
К входу 12 устройства подключены первый вывод резистора 6, первая обкладка конденсатора 2 и вход усилителя 5. К выходу
13 преобразователя присоединены вторая обкладка конденсатора 2, первый вывод цепи 3, выход сумматора 4, вход блока 11 и вход блока 9. К, выходу усилителя 5 подключены первый вывод резистора 7 и инвертирующий вход усилителя 1, вторые выводы резисторов 6 и 7 соединены с вторым выво„„Я „„1656470 A1 области низких частот. Преобразователь со. держит операционный усилитель (ОУ) 1. интегрирующий конденсатор 2, разрядную цепь 3, аналоговый сумматор 4, блок 9 выборки-хранения. Введение неинвертирующего усилителя 5, фильтра 8 низких частот, управляемого генератора 10 импульсов. блока 11 дифференцирования и резисторов
6, 7 обеспечивает уменьшение погрешности, связанной с ограниченным коэффициентом усиления ОУ, при сохранении высоких динамических характеристик устройства. 2 ил. дом цепи 3. К выходу блока 11 подключен вход генератора 10, выход которого соединен с входом стробирования блока 9. Выход блока 9 через фильтр 8 подключен к второму входу сумматора 4, к первому входу которого подключен выход усилителя 1. Вход уп- .,равления цепи 3 соединен с входом 14
"Сброс" устройства.
° юг
Неинвертирующий усилитель 5 содер- Q, жит операционный усилитель 15 и два рези- ц стара 16 и 17. Неинвертирующий вход усилителя 15 подключен к входу усилителя
5, к инвертирующему входу усилителя 15 присоединены первые выводы резисторов
16 и 17, их вторые выводы подключены со- С) ответственно к общей шине преобразователя и выходу усилителя 15, выход последнего соединен с выходом усилителя 5.
° ИВОЙ
Разрядная цепь 3 может быть выполнена на аналоговом ключе или на программируемом усилителе, вход которого соединен с выходом 13 злектрометрического преобразователя, выход — с вторыми выводами резисторов 6 и 7, а вход управления — с входом 14 "Сброс".
1656470
25
40
55 д о усилителя 5 после за
Л1 = Хвх Хвыхр1 где Хвх, Хв„— входно преобразователя, P1 — каэффициЕн цательной обратной
Так KBK Хвоях = Л1 циент усиления неин теля 5, то
Хвх
Л1 == — --—
+ К1 К5/ 1
Электрометрический преобразователь функционирует следующим образом. После подачи питающих напряжений вследствие переходных процессов в схеме выходное напряжение 01з электрометрического преобразователя отлично от нуля, конденсатор
2 заряжен до некоторого уровня (фиг. 2а, интервал времени 0-t1). В момент времени
t1 на вход 14 "Сброс" поступает команда начальной подготовки, длительность которой определяется интервалом времени т1—
t2 (фиг. 26), при этом разрядный ключ 3 замыкается и вторые выводы резисторов 6 и 7 соединяются с выходом электрометрического преобразователя, Происходит разряд конденсатора 2, Так как выходное сопротивление сумматора 4 значительно меньше сопротивления резистора 7, выходной сигнал неинвертирующего усилителя 5 практически не оказывает влияния на разряд конденсатор а 2. После окончания команды начальной подготовки устройство готово к проведению измерений.
В момент времени тз на вход электрометрического преобразователя поступает преобразуемый сигнал Qx (фиг. 2в). Выходной сигнал 01з скачкообразно изменяется, его форма соответствует форме входного сигнала. На вход стробирования блока 9 выборки-хранения поступают импульсы 01о (фиг, 2д) с выхода генератора 10, частота которых пропорциональна скорости изменения напряжения 01з, на выходе блока 9 формируется напряжение Ug (фиг. 2е). К моменту времени t4 выходное напряжение операционного усилителя 1 практически достигает выходного уровня преобразователя. Входное напряжение 01 (фиг. 2ж) усилителя 1 определяется выходным сигналом 08 (фиг. 2г) фильтра 8 и выходным сигналом 01з .
01 = (08-013)/К1 где К1 — коэффициент усиления усилителя 1.
В момент времени t5 в блок 9 записывается сигнал, уровень которого практически равен текущему уровню выходного напряжения преобразователя.
Вхо н и сигнал Ë1 неинвертирующего писи сигнала равен и и выходной сигналы т передачи цепи отрисвязи.
К1К5, где К5 — коэффивертирующего усилиЕсли входной сигнал Х, не успевает измениться до второго импульса с выхода генератора 10, входной сигнал ® после прихода второго стробирующего импульса на блок будет определяться по формуле д Х вх К1К5
1 + К Кь Рs 1 + Ks Ks
Аналогично после третьего импульса управляемого генератора 10
Х вх K1Ê5 1 2
1 + K1 КЩ (1 + К1 К5
После и тактов и неизменной величине входного сигнала электрометрического преобразователя приведенный входной сигнал
Лп неинвертирующего усилителя 5 определяется по формуле
Х вх г1 К!К5 1 n — 1
1+К КьД1 1+К1Ks
Анализ формулы показывает, что при единичной обратной связи и коэффициенте усиления тракта К1 К5 = 40, после поступления трех импульсов с генератора 10 приведенный сигнал составляет Лз =10 5 Л, где ® — входной сигнал неинвертирующего усилителя 5 без введения корректирующего сигнала с выхода блока 9.
Таким образом, при усилении медленно меняющихся сигналов (т.е. сигналов, верхняя граничная частота которых значительно. меньше частоты выходных сигналов генератора 10 импульсов) результирующий коэффициент усиления в десятки и сотни раэ превышает коэффициент усиления тракта преобразования, т.е. введение корректирующего сигнала с выхода блока 9 выборкихранения позволяет уменьшить погрешность, связанную с ограниченным коэффициентом усиления операционного усилителя 1.
Формула изобретения
Электрометрический преобразователь малых токов и зарядов, содержащий операционный усилитель, интегрирующий конденсатор, первая обкладка которого соединена с входом преобразователя, а вторая обкладка — с первым выводом разрядной цепи и входом блока выборки-хранения, вход управления разрядной цепи подключен к входу "Сброс" преобразователя, аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выход — с выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования в области низких частот, в него введены неинвертирующий усилитель, фильтр нижних частот, управляемый генератор импульсов, блок дифференцирования и два резистора, причем с входом преобразователя соедине1656470 15
Х
Риг.2 ны вход неинвертирующего усилителя и первый вывод первого резистора, выход неинвертирующего усилителя подключен к первому выводу второго резистора и инвертирующему входу операционного усилителя, вторые выводы резисторов соединены с вторым выводом разрядной цепи, вторая обкладка интегрирующего конденсатора подключена к входу, блока дифференцирования и выходу устройства, выход блока дифференцирования через управляемый генератор импульсов подключен к входу стро5 бирования блока выборки-хранения, выход которого через фильтр нижних частот подключен к второму входу аналогового сумматора.
