Измерительный источник-преобразователь напряжения и тока Советский патент 1991 года по МПК G01R31/303 

ё

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в составе автоматизированных измерительных комплексов для контроля параметров интегральных микросхем. Цель изобретения - повышение точности и надежности при получении неинвертированного выходного напряжения - достигается введением в устройство источника 1 образцового напряжения, цифроаналогового источника 2, источников смешения, резисторов 12, 13, 15, 17, 19, 25, 29, операционных усилителей 14, 16, диодов 20 - 24 и стабилитрона 22. Устройство также содержит резисторы 3, 5, 8, 9, операционные усилители 4, 6, резистор-датчик тока 7, выходной 10, входной 18 и измерительный 26 зажимы и резистор 30 нагрузки. 1 ил.

18 3

т

W

О

VI о о со го

Изобретение относится к измерительой технике и может быть использовано в оставе автоматизированных измерительых комплексов для контроля параметров нтегральных микросхем.

Цель изобретения - повышение точноти и надежности при получении неинверированного выходного напряжения.

На чертеже приведена структурная схеа устройства.

Измерительный источник-преобразоваель напряжения и тока содержит источник 1 опорного напряжения, цифроанэлоговый преобразователь (ЦАП) 2, первый резистор 3, первый операционный усилитель 4, второй резистор 5, второй операционный усилитель 6, резистор-датчик 7 тока, третий 8 и четвертый 9 резисторы, выходной зажим 10, первый источник 11 смещения, пятый 12 и шестой 13 резисторы, третий операционный усилитель 14, седьмой резистор 15, четвертый операционный усилитель 16, девятый резистор 17, входной зажим 18, восьмой резистор 19, первый 20 и второй 21 диоды, стабилитрон 22, третий 23 и четвер тый 24 диоды, десятый резистор 25, измерительный зажим 26, коммутатор 27, второй источник 28 смещения, одиннадцатый резистор 29, а также резистор 30 нагрузки.

Источник 1 опорного напряжения через ЦАП 2, входной зажим 18 и резистор 3 соединен с неинвертирующим входом усилителя 4, первым выводом резистора 9 и первыми выводами диодов 20 и 23, вторые выводы которых соединены с соответствую щими выводами стабилитрона 22,диодов 21 и 24 и через резисторы 19 и 25 - с выходами источников 11 и 28 смещения. Другие выводы диодов 21 и 24 соединены с вторым выводом резистора 9 и с первым выводом коммутатора 27, второй вывод которого соединен с измерительным зажимом 26.

Третий выход коммутатора 27 соединен с выходом усилителя 14 и через резистор 29 - с инвертирующим входом усилителя 16, а через резистор 15 - с его выходом и четвертым выводом коммутатора 27, третий вывод которого соединен также через резистор 13 с инвертирующим входом усилителя 14 и через резистор 12 - с выходом усилителя 4, а через резистор 5 - с неинвертирующим входом усилителя 6. Выход последнего че- рез резистор 7 соединен с выходным зажимом 10, а через резистор 17 - с инвертирующим входом усилителя 16. Выходной зажим 10 через резистор 8 соединен с инвертирующим входом усилителя 6. Неинвертирующие входы усилителей 14 и 16, а также инвертирующий вход усилителя 4 соединены с общей шиной устройства.

-

-

При подаче входного напряжения (Uax) с ЦАП 2 на зажим 18 на выходе усилителя 4 формируется выходной уровень напряжения (Ui), величина которого (при включении в режим выдачи напряжения и измерения тока) определяется выражением Ri3

и,и„В|

R12

10

15

20

25

30

где Ri - определяется величиной соответствующего резистора.

Выходное напряжение на зажиме 10 источника-преобразователя также равно этому значению, так как усилитель 6 включен в режим повторителя напряжения.

Выбрав резисторы 5 и 8 больше величины резистора 7, можно скомпенсировать падение напряжения на резисторе 7 от входных токов усилителя 6. Обшивка передачи выходного напряжения равна напряжению смещения нуля усилителя 6, она постоянна и незначительна, что позволяет ею пренебречь.

На выходе усилителя 6 величина напряжения выше на величину, равную произведению тока нагрузки на величину сопротивления резистора-датчика 7 тока нагрузки.

В результате на выходе усилителя 16 действует напряжение (U2J определяемое падением напряжения на резисторе-датчике тока и пропорциональное протекающему току нагрузки (1Н):

Ris

R

13

иг(и,)и

42

R

МЈ

29

35 при Ri5 Ri Ri3 Ri2 R29; U2 |HR7.

Таким образом обеспечивается режим измерения тока при задании напряжения. При переключении контактов коммутатора 27 устройство переходит в режим выдачи и 40 измерения напряжения. Цепь ООС замыкается с выхода усилителя 16 через резистор 9 на вход усилителя 4.

В результате напряжение, пропорциональное протекающему току через резистор 45 30 нагрузки, сравнивается усилителем 4 с напряжением, задаваемым с ЦАП 2. На выходе усилителя 4 напряжение примерно равно напряжению на зажиме 10.

Усилители 4, 14 и 16 включены в инвертирующем режиме, что обеспечивает исключение погрешности, связанной с наличием 5 синфазной составляющей.

Погрешность практически определяется погрешностями резисторов, конечными значениями коэффициентов усиления операционных усилителей без ООС. 10 Для повышения надежности работы устройство снабжено защитой, образованной включением диодного моста на диодах 20,

21, 23 и 24 в цепь ООС и заданием напряжений смещения на стабилитрон 22 от источников 28 и 11. Если напряжение на выходе усилителей 14 или 16 не превышает напряжение стабилизации стабилитрона, то диод- ный мост закрыт и схема работает в обычном режиме. Однако при обрыве цепи 30 нагрузки в режиме задания тока напряжение на выходе стремится к максимуму, что может привести к разрушению источни- ка тока, поэтому при превышении напряжения на выходе усилтеля 16 напряжения на стабилитроне параллельно резистору 9 включается шунт из диодов моста, что приводит к уменьшению выходного напряже- ния на зажиме 10, т.е. имеет режим ограничения напряжения.

Аналогично действуют при превышении заданного выходного уровня в режиме задания напряжения и измерения тока, однако в качестве датчика используется выход усилителя 14.

Формула изобретения Измерительный источник-преобразователь напряжения и тока, содержащий вход- ной, выходной и измерительный зажимы, первый и второй операционные усилители, коммутатор, резистор нагрузки, первый, второй, третий и четвертый резисторы, резистор-датчик тока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет защиты от перегрузок и точности за счет исключения влияния сопротивления нагрузки, в него введены источник образцового напряжения, цифроаналоговый преоб- разователь, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый резисторы, первый, второй, третий и четвертый диоды, стабилитрон, третий и четвертый операционные усилите-

ли и первый и второй источники смещения, причем выход источника образцового напряжения соединен с входом цифроанало- гового преобразователя, выход которого через первый резистор соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, анодом третьего и катодом четвертого диода и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выходом коммутатора, анодом первого и катодом второго диодов, катоды первого и третьего диодов соединены с катодом стабилитрона и через третий резистор - с первым источником смещения, аноды второго и четвертого диодов соединены с анодом стабилитрона и через четвертый резистор - с вторым источником смещения, выход первого операционного усилителя соединен через пятый резистор с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и через шестой резистор с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и первым выводом седьмого резистора, второй вывод которого соединен с вторым входом коммутатора и первым выводом второго резистора, а также выходом третьего операционного усилителя, выход второго операционного усилителя соединен с первым выводом резистора-датчика тока и через девятый резистор - с неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя и первым выводом десятого резистора, второй вывод которого соединен с выходом четвертого операционного усилителя и через одиннадцатый резистор - с выходным зажимом, первым выводом резистора нагрузки и вторым выводом резистора-датчика тока, причем неинвертирующие входы первого, второго, третьего и четвертого операционных усилителей соединены с общей шиной.