Многоканальное устройство срав-НЕНия НАпРяжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01R19/165 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в многоканальных системах обегающего контроля.

Из основного авт. св. № 479042 известно многоканальное устройство сравнения напряжений, содержаш,ее транзисторные узлы сравнения, сигнальные входы которых через диоды и резисторы связаны с источниками измеряемых напряжений, источником напряжения смещения и источником эталонного напряжения с постоянным внутренним сопротивлением, а управляющие входы через блоки совпадения подключены к выходам генератора импульсов и коммутатора, усилитель, вход которого через конденсатор соединен с выходом источника эталонного напряжения {.

Недостаток известного устройства заключается в невысокой точности сравнения, обусловленной ее зависимостью от величины эталонного напряжения.

Целью изобретения является повыщение точности подобного измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство сравнения напряжений, содержащее транзисторные узлы сравнения, сигнальные входы которых через диоды и резисторы связаны с источниками измеряемых напряжений, источником напряжения смещения и источником эталонного напряжения с постоянным внутренним сопротивлением, а управляющие входы через блоки совпадения подключены к выходам генератора имиульсов и коммутатора, усилитель, вход которого через конденсатор соединен с выходом источника эталонного напряжения, введены дополнительные транзистор, диод и резистор, причем база дополнительного транзистора подключена к выходной клемме генератора импульсов, эмиттер - к щине нулевого потенциала, а коллектор через дополнительный резистор соединен с соответствующей клеммой источника напряжения смещения и через дополнительный диод - с соответствующей клеммой источника эталонного напряжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 приведены временные диаграммы сигналов в его характерных точках, а на фиг. 3 для сопоставления показаны графики перемещения рабочих точек усилителя в предложенном и известном устройствах.

Измеряемые напряжения подаются на входы li-1„ (фиг. 1) узлов сравнения 2i-2п, в состав которых входят резисторы

смещения 3i-Зп, диоды и 5i-5п

цепей сравнения, симметрирующие резисторы 6i-6„, конденсаторы , коммутирующие транзисторы 8i-8и, блоки совпадения 9i-9„. Входы блоков совпадения 9i-9и подключены к выходу генератора импульсов 10 и к соответствующим выходам коммутатора И, образующего совместно с генератором 10 распределитель импульсов 12. К выходу генератора импульсов 10 подключена также база транзистора 13, коллектор которого через диод 14 соединен с источником эталонного напряжения 15, а через резистор 16 - с источником напряжения смещения 17. Кроме того, к выходу источника эталонного напряжения 15 через разделительный конденсатор 18 подключен усилитель 19.

На временной диаграмме 20 (фиг. 2) показан сигнал на выходе генератора импульсов 10. На временных диаграммах 21, 22, 23 приведены сигналы на выходах распределителя импульсов 12 и соответствующих управляющих входах узлов сравнения 2i-2„. На временных диаграммах 24, 25 воспроизведены сигналы, выделяющиеся на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15, от воздействия токов, вырабатываемых соответственно узлами сравнения 2i-2п и каскадом на транзисторе 13. На временной диаграмме 26 показан результирующий сигнал, выделяющийся на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15. Наконец, на диаграмме 27 приведен сигнал на выходе усилителя 19.

На графике перемещения рабочих точек усилителя 19 в зависимости от величины напряжения , вырабатываемого источником эталонного напряжения 15, и разности между измеряемым t/x и эталонным Уэт напряжениями (фиг. 3) обозначены точки 28, 29, соответствующие известному устройству, и точки 30, 31, характерные для предложенного устройства с дополнительным каскадом на транзисторе 13. Отмеченные точки отображают величины амплитуды импульсов Д и, выделяющихся на внутреннем сопротивлении источника эталонного напрял ения 15.

Работает устройство следующим образом. Измеряемые напряжения, подаваемые на входы li-In узлов сравнения 2i-2п. последовательно сравниваются с напряжением источника эталонного напряжения 15. Опрос узлов сравнения 2i-2п происходит путем подачи импульсов отрицательной полярности на базы коммутирующих транзисторов 8i-8п с выхода распределителя импульсов 12 (фиг. 2, диаграммы 21, 22, 23).

Во всех неопрашиваемых в данный момент узлах сравнения коммутирующие транзисторы открыты, а диоды закрыты положительными входными и эталонным напряжениями. При подаче на базу какоголибо коммутирующего транзистора 8к отрицательного импульса он закрывается. В

зависимости от разности измеряемого t/xK и

эталонного t/эт напряжений через диоды 5к

и 4к протекают токи от источника напряжения смещения 17. Так, если ilэ,

диод 4к закрыт, а через диод 5к протекает

ток от источника напряжения смещения 17,

который формирует импульс на внутреннем

сопротивлении источника эталонного напряжения 15 (фиг. 2, диаграмма 24).

При /7хк . эт диод 5к закрыт, и на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15 узел сравнения 2к импульса не вырабатывает. Величина сопротивления симметрирующего резистора &к должна быть равной величине внутреннего сопротивления источника эталонного напряжения 15. В этом случае при f/хк через диоды 4к и 5к будут протекать равные токи. Таким образом, будет устранена погрешность измерения от температурного дрейфа вольтамперных характеристик диодов, так как в момент сравнения оба диода будут находиться в одинаковых электрических режимах, и дрейф их вольтамперных характеристик окажется практически одинаковым.

Транзистор 13 опрашивается в противофазе по отношению к узлам сравнения

2i-2п. Так, в момент времени, когда не опрашивается ни один из узлов сравнения, транзистор 11 закрыт. При этом через резистор 16 и диод 14 протекает ток и формирует импульсы на внутреннем сопротивлеНИИ источника эталонного напряжения 15 (фиг. 2, диаграмма 25). Следовательно, при опросе узлов сравнения 2i-2 и транзистора 13 на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15 выделяются импульсы, амплитуда которых зависит от разности напряжений источника напряжения смещения 17 и источника эталонного напряжения 15. При этом результирующий импульс (фиг. 2, диаграмма 26), выделяющийся на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15 от воздействия узлов сравнения 2к и каскада на транзисторе 13 при , должен быть отрицательным, при t/хк эт должен отсутствовать, и при t/хк t/эт должен быть положительным. Положительный импульс, выделяющийся на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15, усиливается усилителем 19 и используется для фиксации величины напряжения в момент измерения входной величины :С/хк.

Величина суммарного тока i, протекающего через диоды 4к и 5к, в момент сравнения определяется как

, , см - U

R

65 при гд R iiRi R,

где гд - внутреннее сопротивление диодов

4к и 5к;

R - сопротивление резистора смещения Зк;

Ri - внутреннее сопротивление источника эталонного напряжения 15; Ьсм - ЭДС источника напряжения смещения 17.

Поскольку величины токов, протекающих через диоды 4к и 5к, в момент сравнения одинаковы, через каждый диод протекает ток, равный t/2. Следовательно, на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15 в момент сравнения выделяется импульс с амплитудой

эт D

liU --Riад

Амплитуда импульса, выделяющегося на внутреннем сопротивлении источника эталонного напряжения 15 от воздействия тока, вырабатываемого каскадом на транзисторе 13, соответствует

д смf/эт

R

где R - сопротивление резистора 16.

Легко сделать вывод, что имеет место равенство 2R R, т. е. сопротивление резистора 16 должно быть в два раза больще сопротивления резисторов смещения 3i-3„.

Таким образом, при отсутствии каскада на транзисторе 13 рабочая точка усилителя 19 перемещалась бы в широких пределах (фиг. 3, точки 28 и 29). В связи с этим при различных величинах эталонного напряжения точность устройства была бы существенно различной. При введении в устройство каскада на транзисторе 13 рабочая точка усилителя 19 переходит в зону f/x -

-(737 0 (фиг. 3, точки 30 и 31). При весьма незначительном превышении (на величину порога чувствительности Д t/nop усилителя 19) величины /х над /эт устройство четко выдает импульс сравнения с выхода

усилителя 19. Следовательно, в данном устройстве устранена зависимость величины порога срабатывания от величины э- алонного напрял ения.

Формула изобретения

Многоканальное устройство сравнения напряжений по авт. св. № 479042, отличающееся тем, что, с целью повышения

точности, в него введены дополнительные транзистор, диод и резистор, причем база дополнительного транзистора подключена к выходной клемме генератора импульсов, эмиттер - к шине нулевого потенциала, а

коллектор через дополнительный резистор соединен с соответствующей клеммой источника напряжения смещения и через дополнительный диод - с соответствующей клеммой источиика эталонного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 479042, кл. G OlR 19/16, 1972 (прототип).