Устройство для деления напряжений Советский патент 1981 года по МПК G06G7/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

I

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных машинах и моделирующих устройствах, а также в контрольно-измерительной технике.

Известно устройство для деления напряжения, содержащее два делителя напряжения, включенные по мостовой схеме, в диагональ которой включен компаратор, реле, цифровые управляемые сопротивления, и логическую схему, входы которой соединены с выходами компаратора, а выходы под- . ключены к двум смежным плечам мостовой схемы, в каждое из которых включено цифровое управляемое сопротивление, причем входы одного из делителей напряжения подключены к источнику входного напряжения через контакты реле flj.

Недостатком этого устройства является ограниченный диапазон деления напряжений, так как с его помощью

можно делить напряжения только в отношении 2:1.

Известно также устройство, содержащее резистивную мостовую схему, в одно из плеч которой включено цифровое управляемое сопротивление, соединенное через дешифратор с блоком отсчета и через блок управленияс нуль-органом, подключенным к одной из диагоналей мостовой схемы, два полевых транзистора, каждый из которых включен в плечо мостовой схемы, смежное с плечом хщфрового управляемого сопротивления, а источйики входных напряжений включены между источником и затвором соответствующего транзистора 2.

Однако для этогоустройства характерна недостаточная.точность деления из-за различной крутизны пре-. образователей напряжения-сопротивление.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату 3 к предлагаемому является устройство для деления напряжений, содержащее резистивный мост, первая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, меяду первой и второй вершинами резистивного моста включен линейных преобразователь напряжение-сопротивление, между первой и третьей вершинами резистивного моста включен эталонный резистор, в диагональ между второй и третьей вершинами резистивного моста включен управляемый источник питания, управляемый генератор линейного напряжения, первый блок сравнения, первый вход которого подключен к третьей вершине резистивного моста, второй вход первого блока сравнения является входом сигнала-делителя, а выход подключен к управляющему входу управляемого источника питания, второй блок сравнения, первый вход которого подключен к четвертой вершине резистивного моста, второй вход второго блока сравнения является входом сигнала-делимого, а выход подключен - к управляющему входу управляемого генератора линей ного напряжения. Выходной сигнал в таком устройст снимается с выхода управляемого генератора линейного напряжения и час ное от деления входных напряжений пропорционально установившемуся зна чению выходного напряжения зтого ге нератора . Однако так как в генераторе лине ного напряжения происходит интегрирование напряжения, то требуется не торый промежуток времени для получе ния установившегося значения выходного сигнала, вследствие чего быстродействие устройства оказывается Ш13КИМ. Цель изобретения - повьш1ение быс родействия устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для деления напряжений введены усилитель и сумматор, Ъход усилителя соединен со входом управляемого генератора линейного напряжения, вход усилителя подключе к выходу второго блока сравнения, выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которо го подключен к выходу управляемого генератора линейного напряжения, а выход сумматора подключен ко вход 4 преобразователя напряжения-сопротивение и является выходом устройства. На фиг. 1 представлена блоксхема устройства для деления напряжений; на фиг, 2 - временные диаграммы его работы. Устройство содержит резистивный мост 1 , между первой и второй вершинами которого включен линейный преобразователь напряжение-сопротивление 2, а между первой и третьей вершинами включен эталонный резистор 3. В диагональ между второй и третьей вершинами резистивного моста 1 включен управляемый источник 4 питания, управляющий вход которого соединен с выходом блока 5 сравнения. Первый вход блока 5 сравнения подключен к эталоннрму резистору 3, а второй - к источнику напряжения делителя. Первый вход блока 6 сравнения соединен с четвертой вершиной резистивного моста 1, второй вход блока 6 сравнения соединен с источником напряжения делителя, а выход - с управляющим входом управляемого генератора 7 линейного напряжения и входом усилителя 8. Выход управляемого генератора 7 линейного напряжения и выход усилителя 8 соединены соответственно со входами с сумматора 9, выход которого связан со входом линейного преобразователя 2 напряжение-сопротивление и выходом устройства. Устройство для деления напряжений работает следующим образрм. Рассмотрим случай, когда -входные напряжения U и U равны нулю. В этом случае выходное напряжение блока 5 сравнения, являющееся входным напряжением управляемого источника 4 питаний, равно нулю, вследствие чего равно нулю и тапряжение питания (i резистивного моста 1. При этом напряжение U равно нулю, а так как напряжение U на втором входе блока 6сравнения также равно нулю, то равно нулю напряжение и на выходе блока 6 сравнения. В результате зтого выходные напряжения управляемого генератора 7 линейного напряжения, усилителя 8 и сумматора 9 также равны нулю. Таким образом, при равенстве нулю обоих входных напряжений U и UA выходное напряжение U устройства для деления напряжений, равно нулю. Рассмотрим случай, когда 1) и if . При этом на выходе блока 5 сравнения появляется разностный сигнал, равный и и, где IL - напряжение на эталонном резисторе 3. Этот сигнал управляет выходным нап ряжением управляемого источника 4 питания. Так как канал управляющ вход - выход управляемого источник 4 питания обладает усилительными свойствами, то в выражении (1) величина U пренебрежимо мала по сра нению с величинами UL и Ц вслед ствие чего справедливо равенство: и Ug-r (2) На выходе блока 6 сравнения в этом случае действует разностный сигнал Уд, р авный А и. - э, (3) где и - напряжение между третьей вершиной и шиной нулевого потенциала резистивного м та 1 . Разностный сигнал U поступает на входы управляемого генератора 7 .линейного напряжения и усилителя 8. В первый момент после поступления этого сигнала на выходе управляемого генератора 7 линейного напряжения сигнал равен нулю, а на выходе усилителя 8 сигнал несколько меньше сигнала U/j. По мере роста выходного напряжения управляемого генератора 7 линейного напряжения .выходное напряжение сумматора 9 растет, вследствие чего растет и вы ходное сопротивление R, линейного преобразователя 2 напряжение-сопротивление согласно соотношению: RX ) (k) где К - коэффициент передачи линейного преобразователя 2 напряжениесопротивление. При этом резистивный мост-оказывается несбалансированным и его вых ное напряжение U- отличается от нул Величина U определяется следующим образом: из Чх- UR; где U-) - падение напряжения на выходном сопротивлении Rj. линейного преобразователя 2 напряжение-сопротивление падение напряжения на рези торе R резистивного моста 126 В случае входного сопротивления блока 6 сравнения, значительно большего любого из сопротивлений резистивного моста 1 по сопротивлениям R и ROJ протекает один и тот же ток, вследствие чего сраведливо соотношение:R;,, С учетом выражения (ч) после необходимых преоб азований последнее соотношение принимает вид и,(нки) Величина напряжения Up находится таким образом: ,5(), (7) После подстановки выражений (6) и (7) в выражение (5) определяется напряжение Uoi: и Ug . 5U,-j., 5KU и(8) Напряжение U является сигналом отрицательной обратной свйзи и, как следует из последнего вьфажения, растет по мере увеличения выходного напряжения U сумматора, а разностный сигнал и. при этом уменьшается В результате этого выходной сигнал усилителя 8 уменьшается, а выходной сигнал управляемого генератора 7 линейного напряжения нарастает с уменьшающейся скоростью. Благодаря усилительным свойствам управляемого генератора 7 линейного напряжения и усилителя 8, а также наличию отрицательной обратной связи, в установившемся режиме разностный UA близок к нулю И выражесигналние (3) принимает вид: С учетом полученного выражения и соотношения (2) выражение 8 преобразуется к виду Ua 0,, откуда выражение для выходного сигма а и устройства определяется таким бразом: U , Таким образом, когда входные наряжения U- if ид отличны от нуля, выодной сигнал устройства пропорциоален отношению Уд/иЦ . Временные диаграммы, иллюстрируюие работу устройства в рассматриаемом случае, приведены.на фиг. 2. Предположим теперь, что U О, ов этом случае на выходе блока сравнения действует разностный игнал L, являющийся управляющим игнало.} дяя управляемого источника 4 питания. Так как при этом Ug 0, то между первой и второй вершинами резистивного моста 1 прилагается напряжение Uy-, отличное от нуля. Как и в предыдущем случае, в установившемся режиме и - ,-- Так как на втором входе блока 6 сравнения сигнал отсутствует, то на его выходе сигнал также отсутствует, вследствие чего на выходах усилителя 8 и управляемого генератора 7 линейного напряжения сигнал также отсутствует. В этом случае на выходе сумматора 9 действует нулевой сигнал, являющийся управлякицим для линейного преобразователя 2 напряжение сопротивление. Согласно выражению f I (ч) выходное сопротивление RX линейного преобразователя 2 напряжениесопротивление равно в этом случае сопротивлению эталонного резистора 3, резистивный мост 1 оказывается сбалансированным и на первый вход блока 6 сравнения напряжение не поступает.Таким образом,когда делимое напряжение UfO, а напряжение Ц .дели теля отлично от нуля, выходное напр жение и устройства для деления напр жений равно нулю. Рассмотрим случай, когда напряже ние и/2 э О, а напряжение 11 делителя равно нулю. Так как на втором входе блока 5 сравнения сигнал отсутствует, то-отсутствует сигнал и на выходе блока 5 сравнения. При этом на управляющий вход управляемо го источника 4 питания сигнал не по тупает и напряжение U питания рези тивного моста 1, подаваемое между первой и второй его вершинами, равно нулю и выходное напряжение U резистивного моста 1 также равно нулю при любых соотношениях сопротивлений R-)( и Ra-|- , Так как на первом входе блока 6 сравнения действует сигнал нулевой, то на выходе этого блока разно ный сигнал ид , который отличен . от нуля. В этом случае на выходе ус лителя 8 действует отличное от нуля напряжение, поступающее на первый вход сумматора 9. На второй вход су . матора 9 с выхода управляемого гене ратора 7 линейного напряжения посту пает плавно нарастающее напряжение При этом на выходе сумматора 9 дей ствует нарастающее во времени напр жение и вследствие отсутствия напяжения и разностный сигнал на выоде блока 6 сравнения остается равым входному напряжению (i. и в случае деального интегрирования напряжения правляемым генератором 7 линейного апряжения выходной сигнал U устройтва растет до бесконечности. Таким образомJ благодаря введению усилителя и сумматора график выходного напряжения устройства на временной диаграмме начинается не с нуля, как это имеет место в известном устройстве, а с некоторого отличного от нуля значения, вследствие чего время, необходимое для достижения выходным сигналом установившегося значения, сокращается и быстродействие устройства повьшается. Формула изобретения Устройство для деления напряжений, содержащее резистивный мост, первая вершина которого подключена к шине нулевого потенциала, между первой и второй вершинами резистивного моста включен линейный преобразователь напряжение-сопротивление, между первой и третьей вершинами резистивного моста включен эталонный резистор, в диагональ между второй и третьей вершинами резистивного включен управляемый источник питания, управляемый генератор линейного напряжения, первый сравнения, первый вход которего подключен к третьей вершине резистивного моста, второй вход первого блока Сравнения является входом сигналаделителя, а выход подключен к управляющему ВХОДИ управляемого источника питания, второй блок сравнения первый вход которого подключен к четвертой вершине резистивного моста, второй вход второго блока сравнения является входом сигнала-делимого, а выход подключен к управляющему входу управляемого генератора линейного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия, в устройство дпя деления напряжений введены усилитель и сумматор, вход усилителя подключен к выходу второго, блока сравнения, выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу управляемого генератора линейного напряжения, а выход сумматора подключен ко входу преобразователя напряжение-сопротивление и является выходом устройства.5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г

HZ3 830412 № (п

П

«г

С1 свидетельство СССР 1.Авторское Об G 7/16, 1972. 354422, кл. G свидетельство СССР 2.Авторское 06 G 7/16, 1972, 350011, кл, G свидетельство СССР 3.Авторское Об G 7/16, 1978 604003, кл. G рототип)

I

и ов

и.

и.