Преобразователь код-ток Советский патент 1984 года по МПК H03K13/02 

00 00 00

ел

со Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для использования в аналого-цифровых и цифроаналог вых преобразователях. Известен преобразователь код-ток содержащий токозадающий резисторньш делитель, включающий тетрады взвешенных по двоичному закону резисторов R, 2R, 4R, 8R и резистор термокомпенсации, тетрады транзисторов ге нераторов и переключателей токов с транзистором термокомпенсацик, выходной резисторный делитель тока, источник стабильного тока и операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к земляной шине, выход - к входу резисторного токозадающего делителя, а неинвертирующий вход - к коллектору транзистора термокомпенсации, эмиттер которого подключен к резистору термокомпенсации, а база - к источнику напряжения смещения и к базам транзисторов тетрад генераторов токов, коллекторы транзисторов в тетрадах которых объединены между собой и подключены к соответствующим входам выходного делителя тока, а эмиттеры подключены к соответствующим резисторам разрядо токозадающего делителя и к соответст вующим аналоговым входам переключате лей токов разрядов, аналоговые выходы которых подключены к земляной шине, а цифровые входы - к шинам включения данных разрядов, причем с целью уменьщения погрешности преобра зователя, вызванной различием Ug транзисторов соседних разрядов из-за разных значений токов в них, площади эмиттеров транзисторов в тетрадах взвешены по двоичному закону пропорционально токам, протекающим через них с 1. Недостатком способа компенсации различий Uj53 является то, что он при водит к усложнению технологии, а для гибридных схем отказывается часто неприемлемым, так как термокомпенсация проводится старшей тетрады источ йиков токов, а поэтому для хорощей термокомпенсации изменений Ug- транзисторов остальных тетрад источников токов необходимо их размещение на од ном кристалле со старшей тетрадой. Кроме того, в данных преобразователя требуется выходной делитель тока из прецизионных резисторов, имеющих малый ТКС и изготовленньЕХ с высокой точностью. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь код-ток, содержащий первый резистор, стабилитрон, первый вывод которого подключен к шине источника питания, второй вывод - к неинвертирующему входу операционного уснлителя, первый резистивный делитель тока, п выходов которого подключены соответственно к первым входам п источников тока, вторые входы которых соединены между собой, первые выходы подключены соответственно к п выходам второго резистивного делителя тока, вторые выходы - квходам п переключателей тока, первые аналоговые которых подключены к общей шине, вторые аналоговые выходы к шине выходного тока, цифровые входы - соответственно к п шинам преобразуемого кода. Температурная стабилизация тока каждого разряда осуществляется индивидуально, что позволяет хорошо компенсировать погрешности преобразователя, вызванные токами базы транзисторов генераторов токов и различием транзисторов, генераторов токов разных разрядов 2. Недостатком известного преобразователя является то, что в нем первый делитель должен быть изготовлен из прецизионных резисторов, имеющих малый ТКС и высокую точность изготовления. Кроме того, в преобразователе существует погрешность из-за изменения базовых токов транзисторов источников разрядных токов и изменения напряжения на стабилитроне при изменении напряжения питания. Цель изобретения - повыщепие точности преобразования в широком диапазоне температур. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь код - ток, содержащий первый резистор, стабилиTpoHj первый вывод которого подключен к шине источника питания, второй вывод - к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый резистивный делитель тока, п выходов которого подключены соответственно к первым входам п источников тока, вторые входы которых соединены между собой5 первые выходы подключены соответственно к п выходам второго 31 резистнв))ого делителя тока, вторье выходы - к входам п переключателей тока, первые аналоговые выходы которых подключены к общей шине, вторые аналоговые выходы - к шине выходного тока, цифровые входы - соответственно к Г шинам преобразуемого кода, введен второй резистор, первый вывод которого подключен к вторым входам П источников тока, второй вывод к первому выводу первого резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход кото рого подключен к входу первого резис тивного делителя тока, выход - к входу второго резистивного делителя тока, при этом второй вывод первого резь:стора подключен к шине источника питания. На фиг.1 приведена структурная схгма преобразователя код-ток, на фиг.2 - принципиальная схема источни ка, тока одного разряда. Преобразователь содержит первый резистор 1, стабилитрон 2, первый вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора 1, второй вывод - с неинвертирующим входом опе рационного усилителя 3 и входом первого резистивного делителя 4 тока Инвертирующий вход операционного уси лителя 3 подключен к первому выводу первого резистора 1, выход - к входу второго резистивного делителя 5 тока П выходов первого резистивного делителя 4 тока подключены соответст венно к первым входам п источников 6 тока, вторые входы которых соединены между собой, первые выходы подклю чены соответственно к П выходам второго резистивного делителя 5 тока, вторые выходы - к входам п переключателей 7 тока, первые аналоговые выходы которых подключены к общей шине 8, вторые аналоговые выходы к шине 9 выходного тока, цифровые входы - соответственно к п. шинам 10 преобразуемого кода. Первый вывод второго резистора 1 1 подключен к вторым входам источников 6 тока, второй вывод - к первому выводу первого резистора 1, второй вывод которого подключен к шине 12 источника питания. Схема источника тока одного разряда (фиг.2) включает второй выход 1 первый вход 14, первый выход 15, второй вход 16, и транзисторы 17-19 94 Преобразователь работает следующим образом. После включения питания опорное напряжение U2 со стабилитрона 2 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 3, на выходе которого устанавливается такое напряжение, прикладываемое к входу второго резистивного делителя 5, при котором ток, протекающий через этот делитель, вторые входы и первые выходы источников 6 токов, второй резистор 11 (R11) и первый резистор 1 (R1), вызывает падение напряжения на резисторе 1, равное 2 . Ток через резисторы 1 и 11 поддерживается постоянным, равным , независимо от температурного или временного изменения сопротивлений резистивных делителей 4 и 5 тока и изменения напряжения питания. При этом на резисторе 11 возникает падение напряжения гт-Rl1, которое прикладываК1ется к вторым входам источников 6 токов, на первых входах которых возникает такое же напряжение, прикладываемое к разрядным резисторам первого делителя 4, в которых при этом протекают разрядные токи, поступающие с выходов источников 6 тока на аналоговые входы переключателей 7 токов и коммутирующие либо на общую шину 8, либо на шину 9 выходного тока преобразователя в зависимости от нулевого или единичного значения сигнала на шинах 10 преобразуемого кода. Через стабилитрон 2 также протекает постоянный ток, равный току, протекающему через первый резистивный делитель 4 независимо от изменения напряжения питания. Выходной ток каждого разряда определяется выражением If R4.-2Z.(1t4KT) где U2 - напряжение на стабилитро} е 2; R - сопротивление первого резистора 1 ; R11 - сопротивление второго резистора 1 1; R4 - входное сопротивлений делителя 4;

1 - номер разряда; 41 К.t - погрешность коэффициента передачи резистивного делителя для i-го разряда, разность токов базы транзисторов 17 и 19 i-ro разряда,

ЛОг -- разность напряжений базаэмиттер транзисторов 17 и 18 i-ro разряда.

Составляющие тока разряда не зависят от напряжения питания, так как токи, протекающие через стабилитрон 2 и транзистор 17, постоянны и не зависят от напряжения питания.

Первый 4 и второй 5 резистивные делители могут быть выполнены либо с весовыми резисторами R, 2R,...;2 XR (где n - число разрядов), либо с цепочкой резисторов R-2R, причем точность изготовления второго делителя может быть в 2-5 раз ниже, чем первого. Для хорошей термостабилизации разрядных токов резисторы в делителях должны быть согласованы по ТКС, что легко достигается при их интегральном исполнении. Резистор 11 должен быть изготовлен совместно с первым резистивным делителем 4 тока в интегральном исполнении.

Технико-экономический эффект при использовании изобретения заключается в повышении точности преобразования в диапазоне температур и уменьшении составляющей погрешности, вызванной изменением напряжения питания, так как введение второго резистора с соответствунйцими связями, а также изменение связей внутри преобразователя позволяет применить в нем интегральные резистивные делители с резисторами, имею1цими большой, но согласованный ТКС, а также обеспечить постоянство токов, протекающих через стабилитрон, резистор термокомпенсации, источники тока и резистивные делители при изменениях напряжения питания.

Т

п

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОД-ТОК, содержащий первый резистор, стабилитрон, первый вывод которого подключен к шине источника питания, второй вывод к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый резистивный делитель тока, л выходов которого подключены соответственно к первым входам п источников тока, вторые входы которых соединены между собой, первые выходы подключены соответственно к П выходам второго резистивного делителя тока, вторые выходы - к входам П переключателей тока, первые аналоговые выходы которых подключены к общей шине, вторые аналоговые выходц к шине выходного тока, цифровые входы - соответственно к п шинам преобразуемого кода, отлич ающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования в широком миапазоне температур, в него введен второй резистор, первый вывод которого подключен к вторым входам п источников тока, второй вывод - к первому выводу первого резистора и к инвертирующему входу операционного усилителя, б неинвертирующий вход которого подключен к входу первого резистивного делителя тока, выход - к входу второго резистивного делителя тока, при этом второй вывод первого резистора подключен к шине источника питания.

У 1 L

0 i

./

15

17

IS1

13

13

С

78

(риг. 2.