Динамический делитель напряжения Советский патент 1983 года по МПК H03K13/02 

2; Делитель напряжения по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования кодов содержит задающий генератор, выход которого присоединен к входу счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, а выходные шины дешифратора, за исключением последней, соединены с входами элементов согласования, последняя выходная шина дешифратора подключена к одному входу элемента ИЛИ и счетному входу первого триггера, выход которого присоединен к входу дополнительного элемента согласования, а вход последнего элемента согласования присоединен к выходу элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу элемента И, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера, счетный вход которого подключен к другому входу элемента И и предпоследней выходной шине дешифратора, а прямой выход второго триггера подклкэчен к установочному входу первого триггера и входу блока формирования одиночного им пульса, выход которого прдключен к установочному входу счетчика, выходы элементов согласования являются выходами, блока формирования кодов, а выход дополнительного элемента согласования является дополнительным выходом блока .формирования ко дов.

1. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине, а другие выводы подключены к выходам управляемых ключей. первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам соответственно, а входы управления управляемых ключей подключены к выходам блока формирования кодов, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при реализации больших коэффициентов деления, снижения времени осреднения и повышения точности, в него введены ,два дополнительных управляемых ключа, первые и вторые выходы которых присоединены к первой и второй шинам, вход одного дополнительного управляемого ключа присоединён к первой входной клемме, вход другого дополнитель ного управляемого ключа подключен к второй входной клемме, а входы управления двух дополнительных управляемых ключей присоединены к дополнительному выходу блока формирования кодов. О 00 со о со

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к делителя напряжения динамического типа, и может быть использовано в качестве отдельного делителя напряжения высокого класса точности либо соста ве преобразователя код - среднее значение напряжения. Известны преобразователи кода в мгновенное значение напряжения после довательного и параллельного типа, которые содержат резисторы, управляе мые ключи и блок формирования кодов. При поступлении управляющих сигналов с выхода блока формирования кодов пр исходит переключение соответствующих ключей, образующих из резисторов схе му делителя напряжения. При изменении управляющего кода изменяется соотношение плеч делителя, что обеспечивает изменение выходного напряжения j, . Недостаток указанных устройств заключается в том, что коэффициент деления зависит от величин сопротивлений резисторов, кроме того, для получения большого коэффициента деле ния необходимо большое количество резисторов и управляющих ключей. Наиболее близким к предлагаемому является динамический делитель напряжения, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выход.ной шине, а другие подключены к выходам управляемых ключей, входы которых соединены с первой и второй шинами, а входы управления присоединены к выходам блока формирования кодов. В исходном состоянии все резисторы через ключи подключены к второй шине, которая является общей. Входное напряжение подключается к первой и второй шинам. При поступлении управляющих кодов последовательно переключаются все ключи и каждый из рё.зисторов поочередно в течение одного цикла через ключ подключается к первой шине. При этом среднее значение входного напряжения за общее время переключений оказывается меньше входного в количество раз, равное числу циклов. Благодаря циклическому переключению резисторов делителя и осреднению выходного напряжения устраняется, погрешность от нестабильности резисторов, а коэффициент деления определяется только структурой и режимом работы делителя и не зависит от сопротивления резисторов делителя L21.Максимальный коэффициент деления известного динамического делителя равен числу резисторов, причем для их переключения необходимо такое же количество управляемых ключей. Недостатками известного делителя являются сложность конструкции при реализации больших коэффициентов деления и боль шое время осреднения. Кроме того, на точность коэффициента деления вли ет неидеальность характеристик большого количества ключей. Цель изобретения - упрощение конс рукции при реализации больших коэффициентов деления, снижение времени осреднения и повышение точности. IУказанная цель достигается тем, что вдинамический делитель напряжения содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине а другие выводы подключены к выходам управляемых ключей, первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам соответственно, а входы управления управляе.мых ключей подключены к выходам блока формирования кодов, введены два дополнительных управляемыхключа, первые и вторые выходы которых присоединены к первой и второй шинам, вход одного дополнительного, управляемого ключа присоединен к первой входной клемме, вход другого дополнительного управляемого ключа подключен к второй входной клемме, а входы управления двух дополнительных управляемых ключей присоединены к дополнительному выходу блока формирования кодов. Блок формирования кодов содержит задающий генератор, выход которого присоединен к входу счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, а выходные шины дешифратора, за исключением последней, соединены с входами элементов согласова ния, последняя выходная шина дешифратора подключена к одному входу эле мента ИЛИ и счетному входу первого триггера, выход которого присоединен к входу дополнительного элемента .согласования, а вход последнего элемен та согласования присоединен к выходу элемента ИЛИ, другой вход которого, подключен к выходу-элемента И, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера, .счетный вход которого подключен к. другому входу схемы И и предпоследней выходной шине дешифратора, а прямой выход второго триггера подключен к установочному входу первого триггера и входу блока формирования одиноч ного импульса, выход которого подключен к установочному входу счетчика, выходы элементов согласования являются выходами блока формирования кодов, а выход дополнительного элемента согласования является дополнительным выходом блока формирования кодов. На чертеже приведена схема предлагаемого динамического делителя напряжения. ДелиЧель напряжения содержит резисторы l-i-1-П, выходную шину 2, управляемые ключи З-П, первую шину k, вторую шину 5, дополнительные управляемые ключи 6 и 7, входные клеммы 8 и 9 блок 10 формирования, кодов, дополнительный выход 11 блока формирования кодов, задающий генератор 12, счетчик 13, дешифратор k, последнюю выходную шину 15 дешифратора, элементы 16-1 -16-П согласования, элемент ИЛИ 17, первый триггер 18, дополнительный элемент 19 согласования, элемент И 20, второй триггер 21, блок 22 формирования одиночного импульса. I . .- -. Одни выводы резисторов 1-1- 1-п присоединены квыходной шине 2,а дру-. гие-подключены к выходам управляемых ключей , первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам 4 и .5 соответственно, к которым также подключены первые и вторые выходы двух дополнительных управляемых ключей 6 и 7,- входы кото-« рых соединены с первой и второй входными клеммами 8 и 9 соответственно, входы управления управляемых ключей подключены к выходам блока 10 формирования кодов а входы управления- двух дополнительных управляемых ключей 6 и 7 присоединены, к дополнительному выходу 11 блока 10 формирования кодов, в состав ксггорого входит задающий генера.тор 12, выход которого подключен к входу счетчика 13 выход которого подключен к входу дешифратора 14, выходные шины дешифратора Н,.за исключением последней шиИы 15 соединены с входами элементов 16-1 - 16-М согласования, последняя выходная шина 15 деш 1фратора 14 подключена к одному входу элемента ИЛИ 17 и счетному входу первого триггера 18, выход которого присоединен к входу допо.рйительного эле-, мента 19 согласования, а вход последнего элемента 16 сд ласования присое-. 51008903 динен к выходу элемента ИЛИ 17, ДРУ гой вход которой подключен к выходу элемента И 20, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера 21, счетный вход кото- 5 рого подключен к другому входу элемента И 20 и предпоследней выходной шине дешифратора Т, а прямой выход второго триггера 21 подключен к установочному входу первого триггера IS и входу блока 22 формирования одиночного импульса , , выход которого подключен к установочному входу счетчика 13. Делитель напряжения работает еледующим бразом.. Входное напряжение прикладывается к входным клеммам 8 и 9, а выходное напряжение снимается с выходной шины 2 и второй шины 5. Соот- 20 ношение этими напряжениями определяется структурой делителя в данный момент времени, т.е. зависит от того, .между какими шинами подключен тот или иной резистор 1-1 - 1-11. 5 Одни выводы всех резисторов 1-1 l-n присоединены к выходной шине 2, а другие выводы могут подключаться через соответствующий ключ к первой или второй 4 или 5 30 в зависимости от состояния да||1ных -l-Oil -Oi2j , jf + boi, li ii4-li (« r,0. . 3 где - сопрот1 вление резистора 1 (i 1, 2, 3,. . .,п) ; .( - коэффициент a: 1, если , резистор подключен между первой k и выходной 2 шинаot R.,R

.

UBX o6 iR2- 3- n+ 2JRiR3- -Rn -- « niR Ri-.n-i

и - -У

Ushix.cp -п А

R2. R 3... R -iitR-f R2 n-клюа та и 7 выхо ным перв быт ный вклю 4 и цик ние ным -1 RM У

3)

(4) ей. Управление ключами - Зй, кже дополнительными ключами 6 осуществляется подачей кодов с да блока 10 формирования кодов. общем случае связь между выходнапряжением и напряжением между ой и второй шинами и 5 может представлена в виде Uav,..U 0 Z 47. напряжение между выходной шиной 2 и второй 5 шинами напряжение между первой и второй шинами и 5; суммарное сопротивление резисторов, подключенных между выходной 2 и вто- , рой 5 шинами; суммарное сопротивление ре зисторов 1, подключенных между первой и выходной шинами и 5. сли ввести коэффициентоС ; , рав1 или О, в зависимости от того, чен ли резистор 1 Р. между первой выходной 2 шинами в течение j-ro нет, то выходное напряжеелителя. Ugbix-i оказывается -t-. ,.,+. f r-.- R R.2 Кз 1 ми, и ,| О, если резистор R не подключен между первой k и выходной 2 шинами, ростив выражение (2) получаем чённым между первой и выходной шинами А и 2, при этом коэффициенты з , Q, ai-,. .., п последовательно принимают значение равное 1, За время п циклов среднее значение выходного напряжения U gt,m р в общем случае будет равно

710089038

Если коэффициенты об 1 последова- циклас 22 Ь j ,2 -,2тельно принимают значения единицы, причем за время первого цикла d, 1 , Об21 ( . . 0(;г), 0, за время второго

п (Xi,iR2,R-}...Rn 2ii iR3 n- ---+o«-nj .Rn-R R3..,,Rn...,R2...Rn-i a среднее значение Bbix.cp где Un, .., pp - среднее значение вы ходного напряжения за время п циклов при последовательном переключении ключей 3; п - количество циклов, рав ное числу резисторов 1 Выражение (5) может быть тождественно равно единице и при (n-l) слагаемом, если за время (п-1) цикла два коэффициента , равны 1, а остальные-нулю, т.е. (X 0nj . . . . О- Р этом среднее значение равно и - () вы)(.ср--:г:7 // где . - среднее значение выход ного напряжения за вре мя (п-1) цикла переклю чения ключей 3 при од новременном переключении двух последних клю чей 3 на (п-1) цикле. В предлагаемом делителе напряжения входное напряжение UBX с входных клемм 8 и 9 через дополнительные управляемые ключи 6 и 7 оказывается приложенным к первой и второй шинам А и 5. Исходное состояние дополнительных ключей 6 и 7 такое, что на первой шине k более высокий потенциал чем на второй шине 5 а ключи в исходном состоянии обеспечивают под ключение резисторов 1 к второй шине 5. Работа делителя происходит в тече ние двух этапов и начинается с последовательного поступления управляющих сигналов с выходов блока 10 формирования кодов на входы управления ключей - . За время дейст вия первого управляющего сигнала (пе вый цикл) срабатывает первый ключ :3-1 -ЗП (начертеже ближайший к входным клеммам 8 и 9) и резистор 1-1 О и т.д., за время п - цикла df,f

, 2n--- ,h О ™- результирующая сумма п слагаемых равна 1 -п, подключенный к его выходу, присоединен к. первой шине U. По окончании действия первого управляющего сигнала первый ключ возвращается в исходное состояние и резистор 1-1, подключенный к его рыходу, присоединяется к второй шине 5- Одновременно с этим на другом выходе блока 10 формирования кодов появляется управляющий сигнал, который поступает на следующий-ключ , вызывая его срабатывание и т.д. При появлении управляющего сигнала на предпоследнем выходе блока 10 формирования кодов одновременно появляется управляющий сигнал и на его последнем выходе. Эти сигналы поступают на входы управления двух последних ключей 3(п-1), ) которые срабатывают и подключают одновременно два последних резистора 1-(1-п); к первой шине.4. По окончании действия этих двух управляющих сигналов, т.е. за время (11-1)циклов переключений среднее значение выходного напряжения оказывается равным . „ :L..На этом заканчивается первый оиШ этап работы делителя. Одновременно с возвращением двух последних ключей 3(); в исходное состояние появляется управляющий сигнал на дополнительном выходе 11 и на первом выходе блока 10 формирования кодов. С этого момента начинается второй этап работы. Сигнал с дополнительного выхода 11 вызывает срабатывание двух дополнительных ключей 6 и 7 меняющих полярность входного напряжения на первой и второй шинах i и 5 на противоположную, а сигнал с первого.выхода вновь переключает первый ключ . По окончании действия управляющего сигнала с первого выхода появляется сигнал на втором выходе блока формирования 10 и т.д., вызывая последовательное срабатывание ключей 3-1 - 3-h. При этом/сигнал с допол9нительного выхода 11 блока 10 формирования не исчезает и дополнитель ные ключи 6 и 7 находятся во-включе ном состоянии.При появлении управляющего сигнала на предпоследнем вы ходе блока 10 формирования кодов на его последнем выходе управляющий си нал отсутствует, а появляется лишь по окончании действия сигнала с пред последнего выхода. Одновременно с окончанием действия управляющего сигнала с последнего выхода блока 10 формирования ко дов исчезает управляющий сигнал и с его дополнительного выхода 11, при этом дополнительные ключи 6 и 7 и по следний ключ 3 П возвращаются а исходное состояние. Среднее значение выходного напряжения в данном слу- чае за время циклов п переключений UBK : вых.ср .оказывается равным „g. . Знак минус показывает, 4to среднее значение определяется с обратной полярностью входного напряжения. На этом заканчивается второй этап работы делителя. После перехода всех ключей 3-1 З-Ив исходное состояние вновь появляется управляющий сигнал на первом выходе блока 10 формирования ||одов и работа делителя повторяется. Результирующее среднее значение выходного напряжения Ugt,(x.cp за вре мя двух этапов, равное длительности (п-1) и h циклов, оказывается равным вых.ср - вых.ср Увых.ср Следовательно, результирующий коэффициент деления К предлагаемого делителя за время осреднения, которо складывается из длительности 211-1 циклов переключений, равен K (n-t). (9) вых.ср Таким образом, предлагаемый динамический делитель напряжения, образо ванный из П резисторов 1, обеспечивает максимальный коэффициент деления. Kg n(H-l), причем суммарное время осреднения равно (2п-1) циклам переключений управляемых ключей 3. Формирование управляющих сигналов вышеуказанной последователь0310ности обеспечивается блоком 10 формирования кодов. Основу блока составляют задающий генератор 12, счетчик ГЗ и дешифратор 14. Элементы 16 согласования обеспечивают преобразование .последовательностей логических сигналов в уровни напряжения, необходимых для управления ключами З-П, а логические элементы И 20, ИЛИ 17 и счетные триггеры 18 и 21 обеспечивают необходимые переключения в течение двух этапов работы. . В исходном состоянии на выходе счетчика 13 находится нулевой код, сигналы на выходных шинах дешифратора 1 отсутствуют, на инверсном вь)ходе второго триггера 21-состояние 1, а на выходе первого триггера . При подаче сигнала запуска на вход задающего генератора 12 на его выходе появляются прямоугольные импульсы, которые поступают на вход счетчика 13, работающего в режиме сложения. По мере нарастания кода счетчика 13 последовательно появляются управляющие импульсы на выходных шинах дешифратора 14, начиная с первой (на чертеже крайняя слева). Эти сигналы через согласующие элементы 16 обеспечивают последовательное переключение ключей 3. При появлении сигнала на предпоследнем выходе дешифратора 14 одновременно переключаются два последних ключа 3(1-fl); 3-fl, так как этот сигнал через открытый элем(5нт И 20 и элементы ИЛИ 17 поступает на вход последнего согласующего элемента 16, подключенного к входу управления последнего ключа З-П. По окончании этого сигнала (по заднему фронту) переключается второй триггер 21, блокируя элемент И 20 нулевым сигналом с инверсного выхода, а единичный сигнал с прямого выхода переключает первый триггер 18, выходной сигнал которого через дополнительный согласующий элемент 19 переключает два дополнительных управляем.ых ключа 6 и 7 и удерживает их в этом состоянии. Одновременно единичный сигнал с выхода второго триггера 21 поступает на вход блока 22 формирования одиночного импульса, который по переднему фронту сигнала одиночный импульс, устанавливающий на выходе счетчика 13 начальный код, возбуждающий первую

выходную шину дешифратора 14. На это заканчивается первый этап формирования и начинается, второй. На втором этапе при появлении сигнала на предпоследней выходной шине дешифратора

14переключается только один ключ, так как элемент И 20 блокирован нулевым сигналом с второго триггера 21 После окончания сигнала на предпоследней шине происходит переключение второго триггера 21 в исходное состояние и появляется сигнал на последней выходной шине 15 дешифратора 14, который через эле:мент ИЛИ 17

и элемент 16 переключает последний ключ По окончании этого сигнала ключ 3 П выключается, а по заднему фронту сигнала первый триггер 18 возвращается в исходное состояние, обеспечивая выключение двух дополнительных управляющих ключей 6 и 7. Окончание сигнала на последней шине

15дешифратора 14 происходит при заполнении счетчика 13 и его автоматическом возвращении в начальное состояние. На этом заканчивается второй этап работы и далее работа блока 10 формирования кодов повторяется

Формирование прстоянных по длительности выходных сигналов обеспечивается за счет использования высокостабильного кварцевого задающего генератора 12, счетчик 13 и дешифратор 14 представляют собой интегральные схемы, работающие в двоичном коде {К155ИЕ2 и К155ИДЗ), а в качестве триггеров выбраны счетные триггеры Ттипа (К155ТВ1).Преимущества предлагаемого динамического делителя напряжения - упрощение конструкции и повышение точностистановятся наиболее значительными при получении больших коэффициентов деления. Так, в известном делителе напряжения для получения коэффициента деления Kg 30 необходимо иметь 30 резисторов и 30 управляемых ключей, при этом время осреднения сосТавляет 30 циклов переключений. В предлагаемом делителе такой же коэффициент деления Ко 30 достигается при числе резисторов равном шести иуправляемых ключей равном 8 (выраже-и ние 11), а время осреднения составляет 11 циклов переключений. Кроме того, получение среднего значения выходного напряжения, как разности средних значений напряжений за врюмя первого и второго этапов (выражение 8) снижает общую систематическую погрешность от неидеальности ключей.