Преобразователь кода в сопротивление Советский патент 1988 года по МПК H03M1/66 

113

Изобретение относится к измерительно-информационной технике и предназначено для использования в качестве быстродействующего кодоуправля- емого резистора в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры,

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет обеспечения произвольного подключения выводов преобразователя кода в сопротивление.

На чертеже приведена функциональная схема преобразователя кода в со- противление о

Преобразователь кода в сопротивление содержит первур выходную шину 1, вторую выходную шину 2, резистивный делитель напряжения, выполненный на первом резисторе ЗСК) и втором резисторе (Rj), первый операционный усилитель 5, умножающий цифроаналого- вьй преобразователь 6, первый образ- цовьй резистор 7(Rj), второй образцовый резистор 8(кр, третий образцовый резистор 9(Rj), второй операционный усилитель 10, полевой транзистор 1t и шину 12 преобразуемого кода. Умножающий цифроаналоговый преобразо- ватель выполнен на кодоуправляемой резистивной матрице 13, третьем опе- ратдаонном усилителе 14 и резисторе 15 обратной связио

Преобразователь кода в сопротивление работает следукяцим образом,

Пусть напряжение на первой выходной ишне 1 относительно шины нулевого потенциала U,, а напряжение на BTopoii Быходной шине 2 относительно шины пулевого потендаала U,,

Тогда нагфяжение на входе первого операционного усилителя 5 относительно шины нулевого потенциала

(и, -и,)

Ri

R,-bPj

+U,

(1)

Обозначим величину как ко- эффиц15ент деления

122

ния, поэтому напряжение U на его выходе относительно шины нулевого потенциала равна напряжению Uj на его входе:

и, и, (и,-и,)к,+ и,

(4)

С выхода первого операционного усилителя 5 напряжение 1)4 поступает на вход умножающего цифроаналогового преобразователя 6 (аналоговый вход кодоуправляемой резистивной матрицы 13),

В общем случае кодоуправляемая резистивная матрица 13 может быть представлена в виде двух кодоуправ- ляемых резисторов 13,1 и 13,2, первые вьшоды которых объединены и являются аналоговым входом кодоуправляемой резистивной матрицы 13, вторы выводы являются соответственно первым и вторым выходами кодоуправляе-. мой резистивной матрицы 13, соответ- ствуищие управлякяцие входы объединен и являются цифровыми входами кодоуправляемой резистивной матрицы 13.

Проводимость резистора 13.1 изменяется по формуле

YoN,

(5)

где Yg - проводимость, равная проводимости резистора 15 обратной связиi

N - козффициент, пропорциональный преобразуемому коду. Проводимость резистора 13,2 изменяется по формуле

Y, У„(1-Ю.

(6)

Коэффициент, изменяющийся в зависимости от цифрового кода, поступа-- ющего на умножаниций цифроаналоговый преобразователь 6, изменяется в сле- дугацих пределах:

2-1

О .

(7)

Изобретение относится к области измерительно-информационной техники и Предназначено для использования в качестве быстродействующего кодо- управляемого резистора в системах автоматизированного контроля параметров контрольно-измерительной аппаратуры. Цель - повышение точности и 4l О расширение области применения. Преобразователь кода в сопротивление содержит первую и вторую выходные шины 1,2, резистивный делитель напряжения, выполненный на первом и втором резисторах 3,4, первый операционный усилитель 5, умножающий цифроаналого- вый преобразователь 6, первый, второй и третий образцовые резисторы 7,8,9, второй операционный усилитель 10, полевой транзистор 11, шину 12 преобразуемого кода. Расширение области применения достигается за счет обеспечения произвольного подключения выходных шин 1,2 б€13 изменения величины эквивалентного сопротивления, в том числе и при подключении любого из этих выводов к шине нулевого потенциала. Повьш1ение точности обеспечивается при включении, соответствующем подключению выходной шины 2 к шине нулевого потенциала. 1 ил. i |(Л СО 00 to

К , R7/(R,+R,),(2)

Тогда формула (1) для напряжение U, на входе первого операционного усилителя 5 относительно шины нулевого потенциала имеет следуюпщй вид:

Uj (LI,U,)Kj+U7,(3)

На первом операционном усилителе 5 собрана схема повторителя напряже-

где п - число разрядов умножающего цифроаналогового преобразователя 6.

При использовании, например, 12- разрядного цифроаналоговбго преобразователя коэффициент N изменяется в следующих пределах:

О N

4095 4096

(8)

Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 14 соединен с второй выходной шиной 2, и напряжение на нем относительно шины нулевого потенциала равно Uj. Вследствие наличия отрицательной обратной связи в схеме на инвертирующем входе третьего операционного усилителя 14 также устанавливается напряжение Uj относительно шины нулевого потенциала.

Через резистор 13.2 протекает ток 1;, равный:

I, (,)Y,.

С учетом формул (A) и (6) ток 1 равен:

1, и(и,-и,)Кд+и, -U,,(1-N) -(U,-U,)(l-N).(10)

Таким образом, ток Т. j, протекающий через резистор 13,2, зависит только от разности потенциала между выходными шинами 1 и 2, т.е. дополнительная нагрузка носит чисто резис- тивный характер.

Через резистор 13.1 протекает ток I, равный:

I,(U4-Ua)-Y,

С учетом выражений (4) и (5) ток 1 равен:

I, (U,-U,),-tJ, J- -(U,-U,)K Y. N.(12)

Пусть напряжение на выходе третьего операционного усилителя 14 относительно шины нулевого потенциана будет Тогда через резистор 15 обратной связи протекает ток Ij, равный:

1з (Us-U,). Y.

Учитывая, что вход третьего операционного усилителя 14 обладает высоким сопротивлением и во входной цепи, его ток не протекает, согласно закону Кирхгофа для токов для точки А по- лучаем

I.+ 1, О,

I,- -Ijo(15)

Подставив в формулу (15) токи I, (12) и 1| (13), находим напряжение Uj относительно шины нулевого потенциала:

10

(и,и,) K.-Y. N -(Us-U,) ,

(16) Ur U,-(U,-Ut)-Kj N. (17)

Так как неинвертирующий вход второго операционного усилителя 10 динен с второй выходной шиной 2, то напряжение на нем равно 1)7 относи- тельно шины нулевого потенциала. Вследствие наличия отрицательной обратной связи в схеме на инвертирую20 Щем входе второго операционного усилителя 10 также устанавливается напряжение Ui относительно шины нулевого потендаала.

Ток Ig, йротекающий через резис25 тор 8, равен:

-R+

Ut-Ui U7-()- K}.

R

R

30

(Ui-UQ-KyN R

(18)

35

Пусть напряжение в точке С относительно шины нулевого потен1р ала, поддерживаемое операционным усилием 10, будет и. Тогда через резистор 9 протекает ток IRJ, равный:

г UA-UJ

R{

R,

(19)

Учитывая, что вход операционного усилителя 10 обладает высоким сопротивлением и во входной цепи его ток не протекает, согласно закону Кирхгофа для токов для точки В получаем

50

55

IBS

0.

I

64

-I

Rs

(20) (21)

Подставив в формуле (21) токи 1 (18) и 1 Л5 (19), находим напряжение и относительно шищд нулевого потенциала:

(Ut-Ut) К, N Ut-Ui

R4 R,

4 (U,-Ut) K.N R,

(22) (23)

513817126

С учетом (23) ток 1„ , вычисляв- мый по формуле (19), равен:

,.,.-..i-L. „,.„,,.,..

Из схемы, приведеннсЛ на чертеже : видно, что к резистору 7 прикладывается напряжение и,,, равное: 10

Up,u.-u,.

(25)

С учетом (23) напряжение, прикладываемое к резистору 7, равно is

U,-(U,-U,)-KjN-Ry -t-U, (U,-U2)-K -N-R5- .

(26)

Ток Ig , протекающий через резистор 7, равен:

1„ UM

Ri R

(27) 25

С учетом (26) ток , протекающий через резистор 7, равен:

I,, (U,-U,)... (28) 30

Ток ICH протекающий через канал сток - исток полевого транзистора 11, равен сумме токов, протекающих через резисторы 9 и 7:

I Си

(29)

С учетом (24) и (28) ток I. , про- до такающий через канал сток - исток полевого транзистора 11, равен;

i,..u,-u,.K,.Ni-;(u,-u,)K,.Nl-.|j,

.(U,-U,)K,...

(30)

Сопротивление R последовательно включенных канала сток - исток полевого транзистора 11 и цепи, состоящей из параллельно подключенных образцовых резисторов 9 и 7, равно:

Ui-Ui

(31)

55

С учетом (30) сопротивление равно:

(24)

и,-из

9Кв

Си -TI ) К N -

(U, и) KJ.N

Rj-R

Ko N

-(R3+R5)

(32)

s

0

5

0

5

о

5

0

5

Таким образом, сопротивление ft обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, поступающего на группу цифровых информационных входов цифроаналогового преобразователя 6, что обеспечивает возможность цифрового управления, и не зависит от величин напряжений на выходных шинах устройства. Кроме того в данном устройстве возможно произвольное подключение выходных шин 1 и 2. Соединение любой из них с шиной нулевого потенциала не изменяет величины эквивалентного сопротивления. При подключении выходной шины 2 к шине нулевого потенциала второй операционный усилитель работает при нулевом синфазном сигнале, что приводит к повьш1ению точности преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь кода в сопротивление, содержащий первый операционный усилитель, выход которого подключен к его инвертирующему входу, второй операционный усилитель, выход которого подключен к затвору полевого транзистора, сток (исток) которого является первой выходной шиной, исток (сток) подключен к первому выводу первого образцового резистора, второй вывод которого является второй выходной шиной, умножающий цифроаналоговый преобразователь, вьтолненный на ко- доуправляемой резистивной матрице, третьем операционном усилителе и ре- зисторе обратной связи, первый вывод которого подключен к выходу третьего операционного усилителя, второй вывод соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и подключен к первому выходу кодоуправ-г ляемой резистивной матрицы, второй выход которой подключен к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя и второму вьтоду первого образцового резистора, аналоговый вход подключен к выходу первого операционного усилителя, цифровые входы кодоуправляемой резистивной матрицы являются шиной преобразуемого кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширеmu(, области применения, в него введены второй и третий образцовые резисторы и резистивный делитель напряжения, выполненный на первом и втором

резисторах, первые выводы которых объединены соответственно со стоком (истоком) полевого транзистора и вто

рым выводом первого образцового резистора, вторые выводы объединены и подключе.ны к неинвер тирующему входу первого операционного усилителя, при этом выход третьего операционного усилителя подключен к первому выводу второго образцового резистора, второй вывод которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и через третий образцовый резистор к истоку(стоку) полевого транзистора, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к второму выводу первого образцового резистора.