Динамический делитель напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M3/06 

151

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к делителя напряжения динамического типа, и может быть использовано в качестве от- дельного делителя постоянного или переменного напряжения высокого класса точности либо в составе преобразователя код - среднее значение напряжения.

Целью изобретения является по вы- шение точности и стабильности коэффициента деления делителя.

На фиг, 1 изображена упрощенная схема динамического делителя напря- жения; на фиг. 2 - состояния ветвей динамического делителя при различных циклах переключений; на фиг„ 3 - функциональная схема динамического делителя напряжения

Динамический делитель напряжения (фиг. З) содержит п токозадающих резисторов 1, п переключателей 2, первую 3 и вторую 4 входные информационные шины, блок 5 синхронизации первый 6 и второй 7 дополнительные переключатели, первый 8 и второй 9 дифференциальные повторители напряжения, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 дополнительные переключатели внешний измерительный прибор 13, выход 14.

Упрощенная структурная схема делителя (фиг. l) образована из токозадающих резисторов 1 и двух повтор телей 8 и 9 напряжения (согласующих элементов) с произвольными входными сопротивлениями. Общее число ре- зисторов 1 и двух элементов 8 и 9 равно п + 2. В исходном состоянии все резисторы 1 и повторители 8 и 9 через переключатели 2, 7 и I1 под- ключены к второй шине 4 в соответствии с их положением на фиг, 1, Входное напряжение U придожено между первой 3 и второй 4 шинами, При п последовательном переключении переключателей 2, 7, 11 (на фиг. 1 слева направо) каждый резистор 1 и повторители 8 и 9 напряже- НИН поочередно на время одного цикла подключают к первой шине 3, при этом среднее значение выходного напряжения между объединенными выводами резисторов 1 и повторителей 8 и оказьгоается равным Uet,,x ср -§1.,. На фиг, 2 показаны состоя- п + 2

кия ветвей делителя при разных циклах переключений Первые два состояния (на фиг. 2 сверху рниз) соответствуют срабатыванию первых двух переключателей 2 делителя (на фиг, 1 слева направо), а два последних состояния соответствуют срабатыванию двух последних переключателей 7 и 11 делителя. Из свойства делителя следует, что

Usbrx f Uebrez Lfjib X 4+2. .Ub, Н-+ 5

и

бмх-ср

Таким образом, за счет п + 2 пос ледовательных переключений входное среднее напряжение оказьгоается умень шенным в п 4 2 раз независимо от величин сопротивлений резисторов I и входных сопротивлений повторителей В и 9 напряженияо При этом входные сопротивления повторителей 8 и 9 одновременно являются элементами делителя так же, как и резисторы 1 (фиг. 1 и 2). Определяя с помощью указанных повторителей 8 и 9 напряжения между объединенными выводами резисторов 1 и шиной 4 в каждом такте, можно с высокой точностью определить входное напряжение U,

Повторители 8 и 9 напряжения обеспечивают передачу напряжения между своими входами на выходные выводы, которыми являются потенциальный выход и общие шины соответствующего повтори теля 8 (9) За счет развязки повторители 8 и 9 исключают влияние сопротивления нагрузки на выходе на величину своего сопротивления. Входное сопротивление.ка)едого повторителя 8 (9) напряжения используется одновременно в качестве переключаемого элемента динамического делителя, при этом каждый повторитель 8 (9 в отдельности выполняет функцию повторителя напряжения.

Работа делйтбля (фиг, З). происходит следующим образом.

Входное напряжение Ug прикладьша ется между входными информационными шинами 3 и 4, а выходное напряжение снимается с выхода 14, при этом шина 4 является общей для делителя„ Соотношение между этими напряжениями определяется отношением сопротивлений верхней и нижней ветвей делителя в данный момент времени, т.е. зависит

от того, между какими шинами подк1по- чен тот или иной резистор 1 или входы повторителей 8 и 9.

В исходном состоянии переключатели 2 обеспечивают подключение одних вьшодов резисторов 1 к пшие 4, дополнительные переключатели 6, 7, 10 и 11 обеспечивают подключение входов повторителей 8 и 9 напряжения к объединенным вьшодам резисторов 1 и шине 4, а пятый.дополнительный переключатель 12 обеспечивает подключение выхода второго пов торителя 9 напряжения к выходу 14. Указанные состояния показаны на фиг. 3.

Работа динамического делителя напржения начинается с последовательного .поступления управляющих импульсов с вы хрдов блока 5 синхронизации на управляющие входы переключателей 2, 6, 7, 10, 11 и 12„ За один цикл работы импульсы равной длительности поочередно появляются начиная с первого выхода блока 5 синхронизации (на фиг. 3 крайний слева) и до йослед- него выхода (крайний справа). За время действия первого управляющего импульса, поступающего на управляющи вход переключателя 2(крайний слева), указанный переключатель 2 срабатывает и подключенный к его выходу резистор 1 оказывается подключенным к первой шине 3 и общей точке соединения резисторов 1, т.е образует верхнюю ветвь делителя По окончании действия первого управляющего импульса первый переключатель 2 возвращается в исходное состояние и резистор-1, подключенньй к его выходу, присоединяется одним выводом к второй шине А. Одновременно с этим на следующем выходе блока 5 синхронизации появляется управляющий импульс, который поступает на второй переключатель 2 (на фиг. 3 второй слева), вызывая его срабатывание

и ТоД.

. при появлении управляющего импульса на предпоследнем выходе блока 5 синхронизации (на фиг. 3 второй справа) срабатывают доНолнительные переключатели 6 и 7 и входы первого повторители напряжения 8 оказывак}тся присоединенными к первой шине 3 и объединенным вьгаодам резисторов 1, Тое. входное сопротивление повтори- теля 8 образует верхнюю ветвь делителя Начиная с первого такта и до

0

5

0

указанного предпоследнего, напряжение с нижней ветви делителя, т.е. между объединенными вьгеодами резисторов 1 и второй шиной 4, через контакты дополнительных переключателей 10 и 11 поступает на входы второго повторителя 9 напряжения, С его выхода через контакты пятого дополнительного переключателя 12 напряжение прикладьгоается к выходу 14. По окончании предпоследнего такта первый дополнительный переключатель 6 возвращается в исходное положение.

В последнем такте появляется управляющий импульс на последнем выходе блока 5 синхронизации (на фиг. 3 крайний справа). Под действием этого импульса происходит срабатывание дополнительных переключателей 10 - 12о За счет срабатьюания переключателей 10 и 11 входы второго повторителя 9 напряжения оказьшаются через его контакты подключены к пер- 5 вой щине 3 и объединенным выводам резисторов 1, т.е. образуют верхнюю ветвь делителя. Одновременно с этим срабатьюает пятый дополнительный переключатель 12 и напряжение с выхода первого повторителя 8 напряжения, которое повторяет напряжение на нижней ветви делителя, оказьшается подключенным к выходу 14о .По окончании последнего управляющего импульса переключателе 10-12 возвращаются в исходное состояние, вновь появляется управляющий импульс на первом выходе блока 5 синхронизации, и цикл работы делителя повторяется

Таким образом, за время всех переключений резисторов 1 делителя и двух повторителей 8 и 9 напряжений (согласующих элементов) к выходу 14 прикладьгеается напряжение, которое полностью повторяет напряжение на нижней ветви делителя, т.е. между объединенными вьшодами резисторов 1 и второй шиной 4„ Повторители 8 и 9 напряжения исключают влияние сопротивления внешнего измерительного прибора 13 на их входное сопротивление, так как входные сопротивления повторителей 8 и 9 используются в качестве переключаемых элементов дели- 1 теля, т.к. их влияние учитьгоается в коэффициенте деления в процессе переключения делителя.

Выходное напряжение с выхода 14 поступает на внешний 1рмерительный

0

5

0

5

0

5

прибор 13, например вольтметр, или отдельную измерительную головку, где оно усредняется во времени и индицируется на шкале прибора. Возможно также численное усреднение результатов измерений либо их усреднение с помощью внешней интегрирующей Де- почки.

Формула изобретения

Динамический делитель напряжения, содержащий группу из п токозадающих резисторов, одни и.з вь1водов которых 15 объединены, а другие вьшоды соединены с выходами соответствующих п переключателей, первые и вторые информационные входы .которых подключены соответственно к первой и второй 20 входным информационным шинам делителя, а управляющие входы соединены с соответствующими п выходами блока синхронизации, первый и второй дополнительные переключатели, управляющие -25 входы которых объединены и подключены к первому дополнительному выходу блока синхронизации, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения точности и стабильности коэффициента

0

5 0 5 - IQ

деления, в него введены первый и второй дифференциальные повторители напряжения и третий, четвертый и пятый дополнительные переключатели, управляющие входы которых объединены и подключены к .второму дополнительному выходу блока синхронизации, первые информационные входы первого и третьего дополнительных переключателей подключены к первой входной информационной шине делителя, их вторые информационные входы соединены с объединенными выводами токозадающих резисторов и с первыми информационными входами соответственно второго и четвертого дополнительных переключателей, вторые информационные входы которых подключены к второй входной информационной шине делителя, выходы первого и второго дополнительных переключателей подключены через первый, а третьего и четвертого дополнительных переключателей - через второй ди|)ференциальные повторители напряжения соответственно к первому и второму информационным входам пятого дополнительного переключателя, выход которого является выходом делителя „

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к делителям напряжения динамического типа, и может быть использовано в качестве отдельного делителя постоянного и переменного напряжения высокого класса точности либо в составе преобразователя код-среднее значение напряжения. Целью изобретения является повышение точности и стабильности коэффициента деления делителя. Динамический делитель напряжения содержит N токозадающих резисторов 1, N переключателей 2, входные информационные шины 3,4, блок 5 синхронизации, дополнительные переключатели 6,7, 10, 11, 12, дифференциальные повторители 8,9 напряжения, внешний измерительный прибор 13, выход 14. За время всех переключений резисторов 1 и двух повторителей 8,9 напряжения к выходу 14 приложено напряжение, которое полностью повторяет напряжение на нижней ветви делителя, т.е. между объединенными выводами резисторов 1 и шиной 4. Повторители 8 и 9 исключают влияние сопротивления внешнего измерительного прибора 13 на их входное сопротивление, т.к. входные сопротивления повторителей используются в качестве переключаемых элементов делителя, т.е. их влияние учитывается в коэффициенте деления в процессе переключения делителя. 3 ил.

8ых

Фиг.1