Функциональный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 

телгчно включенных разноименными выводами диодах, общий вывод которых

через корректирующий резистор соодинен с шиной нулевого потенциала.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий дифференциальный операхщонный усилитель, инвертирую- щий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, П аппроксимирунмцих ячеек, первые и вторые входы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника дну- . полярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы п аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масвггабные резисторы подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усипителя, Kai/щая из h- аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен- с первыми вьшодами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым вьюодом первого ограничительного диодного элемента, а вторые выводы первого и второго масштабных резисторов Подключены к соответствующим входам аппроксиьпфующей ячейки, выход операционного усилителя че- . рез вторбй ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки, отличающ и и с я тем, что,.с целью повышения надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя, в него введены инвертор, вход которого подключен к. выходу дифференциального операционHo.ro усилителя, а выход через (л+1)-й входной масштабный резистор - к входу преобразователя и неинвертирукицему входу дифференциального операционного усилителя, коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих и аппроксимирукицих ячеек, дополнительные выходы которых подключены к со(О ответствукмчим входам блока индика1ЩИ, причем в из У аппрокС симирую1Чих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы, корректирующий резистор, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, и повторитель,включенный между выходом аппроксимируняцей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора,коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксини00 рукмцей ячейки, который через первый нагрузочный резистор подключен к положительной шине источника двуполярного опорного напряжения,эмиттер транзистора через второй нагрузочный резистор подклк чен к шине нулевого потенциала и рторому выводу первого ограничительного диодного элемента, база транзистора подключена к выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент выполнен на двух пбследова

.Изобретение относится к аналоговой технике, в частности к диодным функциональным преобразователям ток-напряжение. Известен диодный функциональный преобразователь, содержащий инвертирующий операционный усилитель с масштабным резистором в цепи отрицательной обратной связи и п аппроксимирующих ячеек, nepBbDd и вторые входы которых подключены соответственно к источнику опорного напряжения и выходу операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы у-у аппроксимирующих ячеек подключены к входу операционного усилителя, казвдая из ( аппроксимирующих ячеек содержит два масштабных резистора, первые вы воды которых подключены к первому выводу ограничительного диода, второй вывод которого соединен с выход аппроксимирующей ячейки, вторые выводы масщтабных резисторов подключе ны к соответствующим входам аппроксимирующей ячейки Lll. Недостатками данного преобразоват ля являются низкие точность и стабиль ность преобразования из-за влияния на пряжения смещения открытых диодов. Наиболее близок ,к предлагаемому функциональный прео.бразователь,содержащий дифференциальный операционный усилитель, инвертирующий вх которого соединен с шиной нулевого потенциала, п аппроксимирующих ячеек, первые входы которых подключены к источнику двуполярного опорного напряжения, вторые входы - к выходу диф(1)еренциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, третьи входы - к входу преобразователя, выходы Г ап проксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные резисто ры подключены к неиквертирующему входу дифференциального операционно го усилителя, неинвертирующий вход дифференциального усилителя через . тoкoзaдaюuц й масштабный резистор связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, каждая из п аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель,вход которого соединен с первыми выводами первого, второго, третьего и четвертого масщтабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого, второго и третьего масштабных резисторов подключены к соответствующим входам аппроксимирующей ячей ки, второй вывод четвертого масштабного резистора соединен с выходом аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя соединен с вторым выводом первого ограничительного диодного элемента и через второй , ограничительный диодный элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки С21, Недостатком известного функционального преобразователяявляется отсутствие контроля включенных участков аппроксимации, что понижает надежность работы устройства. Цель изобретения - повышение надежности путем осуществления контроля включенных участков аппроксимации в процессе работы преобразователя . Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционньй усилитель, инвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, п аппроксимирующих ячеек, первые и вторые входы которых подключены соответственно к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения и выходу дифференциального операционного усилителя, являющемуся выходом преобразователя, выходы п аппроксимирующих ячеек через соответствующие входные масштабные ре31зисторы подключеньг к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, каждая из п аппроксимирующих ячеек содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выводами первого второго и третьего масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, а вторые выводы первого и второго масштабных резисторов подключены к . соответствующим входам аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя через второй ограничительный диодньй элемент подключен к выходу аппроксимирующей ячейки,введены инвертор, вход которого подключен к выходу дифференциального операционного усилителя, а выход через (h + 1) входной масштабный резистор подключен к входу преобразователя и неинвертирующему входу ди(1)ференциаль ного операционного усилителя,коммутатор, выходы которого подключены к выходам соответствующих п аппроксимирующих ячеек, дополнительные выходы которых подключены к соответствующим входам блока индикации, причем в каждую из п аппроксимирующих ячеек дополнительно введены первый и второй нагрузочные резисторы, корректирующий резистор, ключевой элемент, вьтолненный на транзисторе и повторитель, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и вторым выводом третьего масштабного резистора, Коллектор транзистора подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки, который через первый нагрузочный резистор подключен к положительной шине источника двуполярного опорного напряжения, эмиттер через второй нагру зочный резистор - к шине нулевого потенциала и второму выводу первого ограничительного диодного элемента, база - к выходу операционного усилителя, а второй ограничительный элемент вьшолнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, общий вывод которых через корректирующий резистор соединен с шиной нулевого потенциала. На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя, на фиг.2 - принципиальная схема аппроксимирующей ячейки, на фиг.З переходная характеристика иреобразователя ыу f (iвч. 14 Функциональный преобразователь (фиг.1) содержит дифферен1щальный операционный усилитель 1, неинвертирующий вход и выход которого являются соответственно входом и выходом преобразователя, аппроксимирую1цие ячейки 2.1-2. h, первые входы которых подключены к отрицательной шине источника двуполярного опорного напряжения (-U , вторые входы - к выходу дифференциального операционного усилителя 1, инвертор 3, входные масштабные резисторы 4.1 -4. (и +1), коммутатор 5, выходы которого подключены к выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек 2., и блок 6 индикации, входы которого подключены к дополнительным выходам соответствующих аппроксимирующих ячеек 2.1-2.1П Каждая аппроксимирующая ячейка 2.1-2., (фиг.2) содержит операционный ycилитeJIь 7, инвертирующий вход которого через первьй 8 и второй 9 масштабные резисторы связан с первым и вторым вхЪдами аппроксимирующей ячейки, масштабный резистор 10 об-i ратной связи, первьй 11.и второй 12 ограничительные диодные элементы, диоды 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий резистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала, повторитель 16, включенный между выходом аппроксимирующей ячейки и масштабным резистором 10, транзистор 17, выполняющий функцию ключевого элемента, коллектор которого подключен к дополнительному выходу аппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор 18 связан с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, а эмиттер через второй нагрузочный резистор 19 связан с шиной нулевого потенциала и подключен к первому ограничительному диодному элементу 11, Фнукциональный преобразователь работает следующим образом. В режиме Работа на вход дифференциального операционного усилителя 1 поступает входной ток г (фиг. 1 и 3), при этом сигналы с кЬмнутатора 5 отсутствуют. При работе на первом участке аппроксимации, когда О «г-7вх 4 1 в-( t коэффициент Преобразования функционального преобразователя определяется входнъм масштабным резистором 4.(п + 1) и коэффициентом усиления инвертора 3. Входные масштабные ре зисторы 4.1-4.vi на первом участке аппроксимации не влияют на коэффициент преобразования, так как они включены в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 вследст того, что диоды 13 и 1А ограничите ного диодного элемента 12 (фиг.2) аппроксимирующих ячеек 2.1-2.7 за рыты в результате действия опорног напряжения - UQ источника двуполя ного опорного напряжения. При входном токе tey -tiftx 6 вх под действием напряжения с выхода дифференциального операционного ус лителя 1 диоды 13 и 14 аппроксимирующей ячейки 2.1 открываются и в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 включается входной мас штабный резистор 4.1 через аппроксимирующую ячейку 2.1. С ростом входного тока все большее число ацпроксимируюдах ячеек и связанных с ними входных масштабных резисторов включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, приводя к скачкообразному уменьшению коэффициента преобразования. Для m -го участка аппроксимаци напряжение на выходе преобразовате ля определяют из вьфажения UL-U.b,v.,4irv-i.v.U|,-J UiPW1 R(nH) me Ujb,(mM) -напряжение на выходе усилителя 1 в точке изменения крутизны в конце (m-l)-ro участка аппроксимации, -входной ток натучастке аппроксим ции у f l-ri.mH) , коэффициент усилени по второму входу ап проксимирующей ячейки 2.,т; напряжение дрейфа преобразователя,при веденное к входу усилителя, на w -м участке аппроксимации. Из вьфажения (1) и фиг.З видно, что преобразователь воспроизводит на выходе монотонную функцию с убывающей крутизной, которая изменяетсй скачкообразно в узловых точках, задаваемых величиной опорного напряжения и параметрами аппроксимирующих ячеек. Аппроксимирующая ячейка работает следукнцим образом. На первый вход каждой аппроксимиру ощей ячейки (масштабный резистор 8) подается- опорное напряжение - Up а на второй вход (масштабньп резистор 9) - напряжение 4JUgyy с выхода дифференциального операционного усилителя 1. Если- . L..Q то напряжеK j в ние на выходе операционного усилителя 7 положительно. В данном случае отрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через открытые транзистор 17 и первый ограничительный диодный элемент 11. Выбором величины сопротивления второго нагрузочного резистора 19 можно изменять степень насыщения транзистора 17, т.е. перепад напряжения на первом нагрузочном резисторе 18. Диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 закрыты положительным напряжением с.выхода усилителя 7, и отрицательная обратная связь через повторитель 16 и масштабный резистор 10 отсутствует: напряжение на основном выходе аппроксимирующей ячейки равно нулю. Если -i С5, ТО напряже q ее ние на выходе операционного усилителя 7 изменяет полярность на отрицательную. Транзистор 17 и первый ограничительный диодный элемент 11 закрываются, а диоды 13 и 14 второго ограничительного диодного элемента 12 открываются. Отрицательная обратная связь усилителя 7 осуществляется через повторитель 16 и масштабный резистор 10. Коэффициент усиления аппроксимирукнцей ячейки по второму входу определяется в данном случае из выражения Й/10 2. . Напряжение с коллектора транзистора 17 через дополнительный вь1ход поступает на один из входов блока 6 7. индикации, который дает информацию о в слюченном участке аппроксимации Второй ограничительный диодный элемент 12 выполнен на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах 13 и 14, общий вывод которых через корректирующий ре зистор 15 соединен с шиной нулевого потенциала. Такое выполнение диодно элемента 12 позволяет уменьшить вли ние сопротивлений диодов 13 и 14 и их емкостей в запертом состоянии на точность и полосу пропускания аппроксимирующей ячейки. Включение повторителя 16 на операционном усилителе между вторым ограничительным диодным элементом и масштабным резистором 10 позволяет практически исключить влияние шунтирующего действия невключенйых входных масштабных резисторов 4.1-4. л на передаточную характеристику преобразователя и на напряж ние смещения нуля, так как связь их с шиной нулевого потенциала происхо дит в данном случае не через относи тельно низкоомный масштабный резистор 10, а через входное сопротивление повторителя 16, которое может быть выбрано достаточно большим. В режиме Контроль измеряются напряжения на выходе функционального преобразователя в узловых точках, что позволяет определять напряжение смещения нуля для всех участков аппроксимации без подачи калибровочного тока на вход преобразователя. Выбор контролируемого участка аппроксимации происходит по командам коммутатора 5. При контроле, первого участка аппроксимируюш {е ячейки 2.1-2.л и входные масштабные резисторы 4.1-4.п не включены в цеп отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя 1. 18 Напряжение смещения на выходе преобразователя зависит от напряжет ния смещения дифференциального операционного усилителя и инвертора 3. При контроле второго участка аппроксимации с коммутатора 5 на выход аппроксимирующей ячейки 2.1 поступает сигнал, открывающий диоды 13 и 14 диодного элемента 12, в результате чего цепь отрицательной обратной связи усилителя 1 дополнительно к предьщущему включается аппроксимирующую ячейку 2.1 входной масштабный резистор 4.1. Напряжение на выходе преобразователя зависит и от напряжения смещения нуля аппроксимирующей ячейки 2.1. При контроле иг -го участка аппроксимации с коммутатора 5 поступают сигналы на выходы аппроксимирующих ячеек 2.1-2. (т-1), открывающие диоды 13 и 14 диодных элементов 12 данных аппроксимирующих ячеек. Напряжение на выходе преобразователя при контроле vr -го участка аппроксимации определяют из выраже-. ния .irg fe-i.i ,IL. UoT UU «4.1 e.i где .a.i коэффициент усиления по первому входу аппроксимирующей ячейки 2.x Таким образом, напряжение смещения нуля может быть найдено для каждого участка аппроксимации. При контроле иомер участка аппроксимации, как и при работе, указьшается блоком 6 индикации. Предлагаемый функциональный преобразователь позволяет осуществлять контроль преобразователя с одиовремениой индикахщей вкпючениых участков аппроксимации без использ вания калибровочного тока, а следовательно, повысить надежность его работы.

o

фиг.2