Цифровой мост переменного тока Советский патент 1979 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится .к электроизмерительной технике и может быть использовано в мостах, компенсаторах и других измерительных устройствах переменного тока.

Известны цифровые мосты переменного тока с ключами, например, транзисторными, переключающими образцовые конденсаторы 1.

Наиболее близким по технической.сущности к данному изобретению является цифровой мост с компенсацией сопротивлений замкнутых ключей, содержащий генератор переменного тока., блок управления и измерительную цепь, например сопряженный мост Шеринга, в котором один из дискретных органов уравновещивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и переключающих их ключей, например, транзисторных р-п-р типа, коммутируемых разнополярными сигналами, подаваемыми на управляющие входы этих ключей, а к общей точке каждого из этих ключей и переключаемых или образцовых конденсаторов подключен первый переключающий вход вспомогательного ключа, например, аналогично соответствующему ему клКэчу, переключающему образцовый конденсатор, причем управляющие входы .этих ключей объединены 2.

Недостатком такого цифрового моста переменного тока являются погрещности измерения, обусловленные недокомпенсированными остаточными сопротивлениями замкнутых ключей, переключающих образцовые конденсаторы, достигающие больших значений на высоких частотах.

Целью изобретения является повыщение точности измерения и расщирение диапазона частот питания измерительной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой мост переменного тока, содержащий блок управления, вход которого соединен с выходом мостовой измерительной це5пи, в которой один из дискретных органов уравновещивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и основных 0 ключей, управляющие входы которых.через разделительные диоды соединены с выходами блока управлений и через балластные -с выходом повторителя напряжения, а к общим выводам каждого из основных ключей и каждого из образцовых конденсаторов подключен первый вход дополнительного ключа, причём управЛйюЩйёЬходь основных и дополнительных ключей р бъе;аи1еныГ снабжен дифференцирующим устройством, выполненным в виде операционного усилителя, содержащего во входной цепи конденсатор, а в цепи обратной связи резистор, и ТТЩгкЛкУченНым к выходу повторителя напряжения, а также набором образцовых резисторов по одному на каждый образцовый кон lieHcaTWp, которых бдНи выводы соединены с выходом дифференцирующего устройства, а каждый из вторых выводов - совто рЪ1мв}ГбЖЬм ОДНОГО из дополнительных ключей, при этом между йторымвыводом каж дбТоТ(ОпЬ71нйтел1)НОго ключа и выводом соединенного с ним образцового резистора и общими выводами основных ключей подключены Два встречно-паралЛельНо вк л1бченных диода. На фиг. 1 показана структурная схема моста. Устройство содержит блок управления 1, вхбД которого соединен с выходом измерительной цепи 2, в частности моста Шеринга, включающего в себя объект измерения 3, орган выбора поддиапазона 4, орган уравно вещивания в виде регулируемой проводимости S и щунтированный резистором 6 дискретный орган уравновешиваний;Шполненныйв виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовь1х конденсаторов 7, 8 k переключающих их тр нзисторных ключей 9, 10, коммутируемых разнопо Лярными сигналами, подаваемыми с блока управления 1, который соединентакже с уНР твтГя нзщим ВХОДОМ органа уравновешивания 5, через разделительные диоды И -12 На управляющие входы этих ключей, соединенные балластными резисторами 13, 14 с быхбдом повторителя напряжения. К общим точкам ключей 9, 10 и образцовых конденсаторов 7, 8 подключень ключи 15, 16, имеющие общие с ключами 9,Шуправляющие входы. Вторые входы ключей 15, 16 соответственно через резисторы 17, 18 ё0ёдинёны с выходом дифференцирующего устройсТ- ва 19,выполненного, например, в виде one рационного усилителя с конденсатором 20 с емкостью С на входе и резистором 21 с сопротивлением R в обратной сВЙзй, вход КОтОрого соединен с выходом повторителя напряжения Устройство работает следующим образом. Балансировка измерительной цепи 2 осуществляется блоком управления 1 посредством подачи во времени и пространстве сосзтвётствующих сигналов управления на орган выбора поддиапазона 4 и Дискретные ёргйнь уравновешивания в виде регулируемых проводимости 5 и емкости, состоящей из параллельного набора образйёвЫх конденсаторов 7, 8 с Коммутирующими ключами 9, 10 и 15, 16, последние из которых вместе с резисторами 17, 18, дифференцирующим устройством 19 и повторителем 22 найряукений служат для компенсации остаточных сопротивлений замкнутых ключей 9, 10. Для пояснения механизма компенсации на фиг. 2 изображен образцовый конденсатор 7 с емкостью Q с замкнутыми ключами 9 и 15, имеющими остаточные сопротивления соответственно Гк и цепочка компенсаЦИи сопротивления г, составленная из резистора 17 с сопротивлением г , дифференцирующего устройства 19 и повторителя напряжения 22, вхоД которого подсоединен к общей точке образцовых конденсаторов, на которой имеет место напряжение U-v. Если обознать остаточное напряжение на г через U,fT то тогда эквивалентное (скомпенсированное) значение остаточного сопротивления замкнутого транзисторного ключа 9 будет равно 1к«в Т (f) Jci, Для ТОГО чтобы г 0 необходимо, чтобы и О, а последнее согласно фиг. 2 будет иметь место, если будет выполняться соотнощение i-v-R:|-..b.® то есть, если отбросить поправку , то значение г должно быть во столько раз меньще R, во сколько Q больше С. В устройсттве используется лишь один конденсатор, значение емкости которого может быть выбрано как угодно малым, лищь бы в соответствии с выражением (2) оставалось постоянным произведение RC. Таким образом, реа лизованная предлагаемым образом компенсация будет частотонезависимой. Однакб здесь верхняя граница рабочей частоты может оказаться ограниченной, напряжение на выходе дифференцирующего устройства 19 с ростом частоты достигнет недопустимо большого значения с точки зрения ТржниМнЫх режимов транзисторных ключей 15, 16, например, может быть превышено допустимое значение напряжения база-крлЛЖтбр, и есЛй ЦрименяЮтся спаренные транзисторные ,ключи, то база-эмиттер. Кроме тог6 может оказаться превышенным запирающее напряжение база-эмиттер, поДаваембе на управляющие входы ключей, в результате чего (в данном случае коллектбрные) перехбды на бтдельных участках полуволн будут смещены в направлении отпирания, чТб пбвлечет ухудшение характеристик ключей в запертом сбстоянии. Для того чтобы избежать этого, в мосте введены пары встречно-параллельно включенных диодов 23, 24, цодключенные между точками соединений резисторов 17, 18 с ключами 15, 16 и общей точкой ключей 9, 10. Технико-экбномическая эффективнбсть предлагаемого устройства бпределяется повышением точности измерения, увеличением круга решаемых спомощью данного моста измернтельных задач благодаря расширению диапазона рабочих частот, а также упрошения отдельных узлов, в частности повторителя напряжения, из-за снижения требований к его нагрузочной способности. Формула изобретения Цифровой мост переменного тока, содержаший блок управления, вход которого соединен с. выходом МОСТОВО.Й измерительной цепи, в которой один из дискретных брганов уравновешивания, шунтированный повторителем напряжения, выполнен в виде параллельно включенных цепочек, составленных из образцовых конденсаторов и основных ключей, управляющие входы которых через разделительные диоды соединены с выходами блока управления и через балластные резисторы - с выходом повторителя ные jjccsnv iupoi - f напряжения, a к общим выводам каждого основных ключей и каждого из образцовых конденсаторов подключен первый вход дополнительного ключа, причем, управляющие входы основных и дополнительных ключей объединены, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен дифференцирующим устройством, выполненным в виде операционного усилителя, содержащего во входной цепи конденсатор, а в цепи обратной связи резистор, и подключенным к выходу повторителя напряжения а также набором образцовых резисторов по одному на каждый образцовый конденсатор, у которых одни выводы соединены с выходом дифференцирующего устройства, а каждый, из вторых выводов - со вторым входом одного из дополнительных ключей, при этом между вторым выводом каждого дополнительного ключа и выводом соединенного t Ним образцового резистора и общим выводами основных ключей подключены два встречно параллельно включенных Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Annon-7 r Л1 D 17/in 1Q74 - 329827, кл. (j U1 К 2. Кнеллер В. Ю. и др. Автоматические измерители комплексных величин с координированным уравновещиванием, М., ly/D, с. 115.