Преобразователь напряжение - ток

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель - повышение точности преобразования путем исключения граничных режимов работы. Преобразователь содержит измерительный усилитель 1, резисторы 2-6, вспомогательный операционный усилитель 7, RC-фильтр с резистором 8, конденсатором 9, Особенностью преобразования является то, что в нем выход измерительного усилителя 1 имеет потенциал, более близкий к нулевому, чем опорный потенциал Don на промежуточном выводе 13. Фактически на выходе измерительного усилителя 1 действует напряжение, равное напряжению на нагрузке 16, в отличие от известных устройств, где оно выше напряжения на нагрузке 16 на величину падения напряжения на резисторе 6. Ток нагрузки в данном преобразователе обеспечивается операционным усилителем 7, а не измерительным усилителем 1, который работает, следовательно, в облегченном режиме (без перегрузки). С помощью RC-фильтра достигается фильтрация выходного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Ё

COIO3 COBf- ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10 Г 2

1 (21) 4736361/07 (22) 11.09.89 (46) 15.10,91. Бюл. ¹ 38 (71) Специальное конструкторское бюро по ° приборостроению и средствам автоматизации (72) Н,И.Коровин (53) 621.317.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 721755, кл. G 01 R 19/00, 1977.

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988, с.72, рис.2.8,а, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ—

ТОК (57) Изобретение относится к злектроиэмерительной технике. Цель — повышение точности преобразования путем исключения граничных режимов работы. Преобразователь содержит измерительный усилитель 1, „„SU ÄÄ 1684697 А1 резисторы 2-6, вспомогательный операционный усилитель 7, RC-фильтр с резистором

8, конденсатором 9, Особенностью преобразования является то, что в нем выход измерительного усилителя 1 имеет потенциал, более близкий к нулевому, чем опорный потенциал U на промежуточном выводе 13, Фактически на выходе измерительного усилителя 1 действует напряжение, равное напряжению на нагрузке 16, в отличие от известных устройств, где оно выше напряжения на нагрузке 16 на величину падения напряжения на резисторе 6. Ток нагрузки в данном преобразователе обеспечивается операционным усилителем 7, а не измерительным усилителем 1, который работает, следовательно, в облегченном режиме (без перегрузки). С помощью RC-фильтра достигается фильтрация выходного тока. 1 э.п, ф-лы, 3 ил.

1684697

Изобретение пгносигся к электроизмерительной технике и предназначено для использования в приборостроении, системах сбора данных и т.п, Цель — снижение точности преобразования путем исключения граничных режимов работы.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема основного варианта исполнения описываемого преобразователя напряжение — ток; на фиг,2 и 3 — то же, его модификаций, характеризующихся соответственно высокоомными входами и широким диапазоном регулирования коэффициента и реобразования, Применительно к дифференциальной схеме включения устройство содержит измерительный усилитель 1 (фиг.1) резисторы

2 — 6, вспомогательный операционный усилитель 7, RC-фильтр, состоящий из резистора 8 и конденсатора 9. На схеме также обозначены выводы 10-12 для подключения первого и второго источников напряжения, промежуточный опорный вывод 13 и выводы 14, 15 для подключения нагрузки 16. Неинвертирующий и инвертирующий входы измерительного усилителя 1 через резисторы 2 и 3 соответственно соединены с выводами 10, 12 и 11, 12 для подключения источников с напряжением О! u Uz. Резистор 4 включен в контур отрицательной обратной связи измерительного усилителя 1.

Резистор 5 одним из выводов подключен к потенциальному выводу неинвертирующего входа измерительного усилителя 1, Выходной потенциальный вывод вспомогательного операционного усилителя 7 соединен с другим выводом резистора

5, а неинвертирующий вход включен между выводами 14 и 15 для подключения нагрузки, при этом вывод 15 соединен с шиной нулевого потенциала. Резистор 6 одним из выводав соединен с потенциальным выводов неинвертирующего входа вспомогательного операционного усилителя 7, инвертирующий вход которого подключен к выходной цепи измерительного усилителя

1, в частном случае — через RC-фильтр 8, 9, а выходной потенциальный вывод — к другому выводу резистора 6.

Схемы модификаций устройства по фиг,2, 3 носят иллюстративный характер и обозначениями элементов не сопровождены.

Преобразователь работает следующим образом.

Для простоты рассмотрения примем равным R сопротивления нерегулируемых резисторов. связанных с измерительным

53

55 усилителе л !. Сопротивление регулируемого резистора на фиг.3 обозначим через r, относительное положение движка переменного резистора от правого по чертежу крайнего вывода обозначим через а.

Измерительный усилигель 1 усиливает разность напряжений (U! — U2) с коэффициентом усиления, равным 1, для схемы по фиг.1, 2 — для схемы по фиг.2, а+0,5—

à — для схемы по фиг.3. Вы1 — а+0,5—

r ходное напряжение измерительной части преобразователя с усилителем 1 отсчитывается относительно опорного вывода 13 и прикладывается между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя

7. Падение напряжения на резисторе 8 пренебрежимо мало, так как в статическом состоянии оно пропорционально малому входному току (току смещения) операционного усилителя 7. Резистор 8 и конденсатор

9 образуют низкочастотный Г-образный фильтр, Таким образом, можно считать, что выход измерительного усилителя 1 через низкочастотный фильтр подключен к промежутку выход — инвертирующий вход операционного усилителя 7. Напряжение на этом промежутк . как бы является задающим для операционного усилителя 7, который через последовательную цепь иэ нормирующего резистора 6 и нагрузки 16 охвачен положительной обратной связью. Если фильтрация выходного тока в преобразователе не требуется, то резистор 8 и конденсатор 9 могут отсутствовать, при этом резистор 8 должен быть закорочен перемычкой, В этом случае вопросы по устойчивости преобразователя не возникают, так как выход измерительного усилителя 1 имеет выходное сопротивление, близкое к нулю. Через это выходное сопротивление и замыкается отрицательная обратная связь, которая во всех случаях будет больше положительной обратной связи по глубине, что и является условием устойчивости каскада преобразования напряжения в ток на операционном усилителе 7. Анализ показывает, что и при наличии RC-фильтра 8, 9 проблем с устойчивостью не имеется, и в этом случае отрицательная обратная связь операционного усилителя 7 по глубине больше положительной обратной связи.

Выходной каскад на операционном усилителе 7 всегда работает устойчиво, при этом между его входами устанавливается напряжение, близкое нулю. А это означает, что выходное напряжение измерительной части с коэффициентом 1 передается на

1684697 нормирующий резистор 6. Под действием этого напряжения через резистор 6 протекает ток, который фактически равен току нагрузки, так как ток к неичвертирующему входу операционного усилителя 7 практически не ответвляется, Следовательно. преобразователь работает в соответствии с выражением! =(Π— Ог ) К вЂ”, (1)

R6 где К вЂ” коэффициент передачи измерительной части;

R6 — сопротивление резистора 6.

Особенностью преобразователя является то, что в нем выход измерительного усилителя 1 имеет потенциал, более близкий к нулевому, чем опорный потенциал

U». Фактически на выходе измерительного усилителя 1 действует напряжение, равное напряжению на нагрузке 16, в отличие о.; аналогов. где оно выше напряжения на нагрузке 16 на величину падения напряжения на нормирующем резисторе 6. Ток нагрузки в данном преобразователе обеспечивается операционным усилителем 7, а не измерительным усилителем 1, Следовательно, измерительный усилитель 1 в описываемом преобразователе ра, ботает в облегченном режиме (без перегрузки), а значит, с более высоким коэффициентом усиления (в разомкнутом состоянии), что обеспечивает меньшие остаточные погрешности и большую точность преобразования, В данном устройстве легко достигается фильтрация выходного тока с помощью резистора 8 и конденсатора 9.

Формула изобретения

1. Преобразователь напряжение — ток, содержащий дифференциальный измерительный усилитель, неинвертирующии и инвертирующий входы которого соответственно через первый и второй резисторы соединены с выводами для подключения

5 первого и второго источников напряжения, третий резистор, включенный в контур отрицательной обратной связи измерительного усилителя, четвертый резистор, подключенный одним из выводов к потенциальному

10 выводу неинвертирующего входа последнего, вспомогательный операционный усилитель, выходной потенциальный вывод которого соединен с другим выводом четвертого резистора, а неинвертирующий

15 вход включен между первым и соединенным с шиной нулевого потенциала вторым выводами для подключения нагрузки, пятый резистор, соединенный одним иэ выводов с потенциальным выводом неинеертирующе20 го входа вспомогательного операционного усилителя,отл ича ющийся тем, что, с целью повышения точности преобразования путем исключения граничных режимов работы. инвертирующий вход вспомога25 тельного операционного усилителя подключен к выходной цепи измерительного усилителя, а выходной потенциальный вывод — к другому выводу пятого резистора, 30 2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а мшийся тем, что выходная цепь измерительного усилителя выполнена с RC-фильтром, резистор которого включен между выходным потенциальным выводом изме35 рительного усилителя и потенциальным выводом инвертирующего входа вспомогательного операционного усилителя, а конденсатор — в контур отрицательной обратной связи последнего, 40

1684697

Составитель Л, Морозов

Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Заказ 3503 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101