Электрометрический преобразователь заряда Советский патент 1988 года по МПК G01R19/00 

У

1-1

if

Сброс

ф

(Л

Изобретение может быть использовано для измерения малых токов и электрических зарядов в широком динамическом диапазоне. Цель изобретения - упрощение устройства. Преобразователь содержит электрометрический усилитель I, разрядный ключ 4 и компараторы 6 и 7 верхней и нижней границы поддиапазона преобразования соответственно. Введение фиксатора 5 уровня, реверсивного счетчика 9,цифроаналогового преобразователя 10,дешифратора 11, индикатора 12 номера поддиапазона, преобразования и образование новых функциональных связей служат для упрощения устройства. 2 ил.

Агл

Пнх

41

Выход 0

4

00 О5

10

-1

Р«л./

Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для измерения малых токов и электрических зарядов в широ- ком динамическом диапазоне.

Цель изобретения - упрощение устройства .

На фиг. 1 приведена функциональная схема электрометрического преоб- fQ разователя; а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Электрометрический преобразователь заряда содержит электрометрический усилитель 1, первый и второй конден- tS саторы 2 и 3, разрядный ключ 4, фиксатор 5 уровня, первый компаратор 6 верхней границы поддиапазона преобразования, второй компаратор 7 нижней границы поддиапазона преобразо- 20 вания, логический элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь 10, дешифратор 11 и индикатор I2 номера поддиапазона преобразования. С входом устройства со- 25 единены инвертирующий вход усилителя 1 , первые обкладки конденсаторов 2 и 3 и первый вьшод разрядного ключа 4. К выходу устройства подключены вторая обкладка первого .конденсатора 2, ЗО второй вывод ключа 4, выход усилителя t и входы фиксатора 5 и компараторов 6 и 7. Неинвертирующий вход усилителя I соединен с общей шиной. Вторая обкладка конденсатора 3 соединена с вы- - ходом преобразователя Ю,- Выходы ком-: параторов 6 и 7 соединены с входами элемента ИЛИ 8, выход которого подключен к тактовому входу счетчика 9. Выход фиксатора 5 соединен с входом др управления направления счета счет- чика 9, выходы последнего соединены с входами цифроаналогового преобразователя 10 и входами дещифратора 11, выходы которого подключены к входам 5 индикатора 12. Вход установки в начальное состояние счетчика 9 и вход управления ключа 4 подключены к шине Сброс.

50

Устройство работает следующим образом.

После подачи питающих напряжений на выходе электрометрического усили- „ теля 1 имеется некоторое остаточное напряжение, обусловленное набросом заряда на конденсатор 2 из-за переходных процессов в схеме устройства во

время включения. После поступления управляющей команды по шине Сброс ключ 4 замыкается, а счетчик 9 устанавливается в начальное состояние, которое соответствует первому поддиапазону измерения, отображаемому на индикаторе 12. При этом выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 10 близко к нулевому уровню.

После окончания команды Сброс выходное напряжение усилителя 1 и, соответственно, преобразователя заряда также близко к нулю.

В режиме измерения на вход устройства поступает сигнал в виде тока или заряда, который также преобразуется в ток в измерительной цепи преобразователя (фиг. 2а). Переход с одного поддиапазона преобразования на другой производится при достижений входным сигналом Q границ поддиапазона преобразования. При появлении в момент времени t, нарастающего входного сигнала выходное напряжение усилителя иру(фиг. 2д) начинает увеличиваться. В момент времени tj оно достигает порогового уровня Urn срабатывания фиксатора 5, который задается в пределах 0,3- 0,8 от уровня максимального выход- ного напряжения усилителя 1, выходное напряжение Uj. фиксатора 5 (фиг. 2 становится равным уровню лог. 1 и счетчик 9 переводится в режим сложения. При превьшении входньм сигналом уровня Ug срабатывает компаратор 6 верхней границы поддиапазона, его выходной сигнал Us (фиг. 2г) через элемент ИЛИ 8 поступает на тактовый вход счетчика 9, а так как счетчик работает в режиме сложения, то его содержимое увеличивается на единцу. Выходной код счетчика 9 преобразуется дешифратором 11 в позиционный код который поступает на индикатор 12 номера поддиапазона в котором происходит преобразование позиционного кода в сигнальную, например визуальную, информацию. Выходной код счетчика 9 вызьшает увеличение выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 10. При этом на вход усилителя 1 через конденсатор 3 по- ступ.ает компенсационный ток, определяемый ступенью квантования выход-, ного напряжения цифроаналоговог преобразователя 10. Выходное някряжение усилителя в момент времени t jCKnu 14

кообразно уменьшается до нуля, далее продолжается процесс усиления входного сигнала (интервал времени t J-1, ). При уменьшении выходного сигнала усилителя I ниже уровня срабатывания и фиксатора 5 его выходное напряжение становится равным О и счетчик 9 переходит в режим вычитания, В момент времени t срабатьгаает компаратор 7 нижней границы поддиапазона преобразования, порог срабатывания и которого выбран меньше нулевого уровня общей шины, на его выходе (фиг. 2б) появляется сигнал лог. 1, который через элемент ИЛИ 8 поступает на тактовый вход счетчика 9, содержимое которого уменьшается на единицу. Выходной код счетчика 9 соответствует младшему (по сравнению с предьщущим) поддиапазону преобразования. При этом выходное напряжение цифроан алогового преобразователя 1 О скачкообразно уменьшается, а по входной цепи усилителя I протекает ток, направление которого противоположно току входного измеряемого сигнала. Выходное напряжение усилителя I скачкообразно увеличивается до величины верхнего порогового уровня, а затем преобразование сигнала производится на первом диапазоне. При этом номер поддиапазона, индицируемый индикатором 12 номера поддиапазона, уменьшается на единицу. Формула изобретения ; Электрометрический преобразователь заряда, содержащий электромет16

рический усилитель, инвертирующий вход которого подключен к входу преобразователя, к первым обкладкам первого и второго конденсаторов и . первому вьшоду разрядного ключл, неинвертирующий вход - к общей тине, а выход - к выходу преобразователя и к входам первого и второго компараторов, управляющий вход разрядного ключа соединен с щиной Сброс преобразователя, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введены фиксатор уровня, раверсив- ный счетчик, цифроаналоговый пре- образЪватель, дешифратор, индикатор номера поддиапазона и элемент ИЛИ, входы которого подключены к выхох ам первого и второго компараторов, а выход соединен с тактовым входом реверсивного счетчика, вход управления направлениям счета которого подключен к выходу фиксатора уровня, вход установки - к щине Сброс преобразователя, а выходы соединены с входами цифроаналогового преобра зователя и дешифратора, выход цифро- аналогового преобразователя подключен к второй обкладке второго конденсатора, выход электрометрического усилителя соединен с второй обкладкой первого конденсатора, вторьтм выводом разрядного ключа и входом фиксатора уровня, выходы дешифрато ра

соединены с входами индикатора номера поддиапазона.