Преобразователь ток-напряжение Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 

((54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОК-НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к измерительным преобразователям,ток-напряжение, и может быть использовано в источниках напряжения и тока в устройствах для измерения параметров электронных приборов. Наиболее близок к предлагаемому преобразователь ток-напряжение,содержашщй повторитель выходного напряжения, выходом соединенный с выводом выходного потенциала устройства, измерительный повторитель напряжения, выходом соединенный с вьшодом измерительного потенциала устройства, и каскады, количество которых равно чис лу .поддиапазонов преобразования, каждый из которых состоит из силового ключа, соединенного входом с токовым входом устройства, формирователя компенсирующего сигнала, образцового резистора и нелинейного элемента, который включен между первым выводом образцового резистора и выводом соединения выходов упомянутых силового ключа и формирователя компенсирующего сигнала, а второй выход образцового резистора подключен к токовому выходу устройства и входу повторителя выходного напряжения. Кроме того, вывод соединения нелинейного элемента и первого вывода образцового резистора каждого каскада через измерительный ключ подключен ко входу измерительного повторителя напряжения Cl 1. Недостатком известного преобразователя является то, что к цепям образцовых резисторов подкгоочены измерительные ключи, токи утечки которых снижают точность преобразования. Целью изобретения является повышение точности преобразования путем уменьшения количества вспомогательных цепей, подключаемых к образцовым резисторам. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь ток-напряжение содержащий повторитель выходного на-

пряжения, выходом соединенный с выводом выходного потенциала преобразователя, измерительньш повторитель напряжения, выходом соединенный с выводом измерительного потенциала преобразователя, и каскады, количество которых равно числу поддиапазонов преобразования, каждый из которых состоит из силового ключа, соединенного входом с токовым входом преобразователя, формирователя компенсирующего сигнала, образцового резистора и нелинейного элемента, который включен между первь1м выводом образцового резистора и нелинейного элемента, который включен между первым выводом образцового резистора и выводом соединения выходов упомянутых силового ключа и формирователя компенсирующего сигнала, а второй вывод образцового резистора только одного первого каскада самого старшего поддиапазона преобразования подключен к токовому выходу устройства и входу повторителя выходного напряжения, введен управляемый делитель напряжения, который первым входом соединен с выходом повторителя выходного напряжения, вторым входом соединен с выходом измерительного повторителя напряжения и входом формирователя компенсирующего сигнала последнего каскада самого младшего поддиапазона преобразования, а вход каждого формирователя компенсирзшзще- го сигнала остальных каскадов соединен с одним из выходов управляемого делителя напряжения, причем вывод образцового резистора второго каскада первого младшего поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом первого каскада самого старшего поддиапазона преобразования, а второй вывод Образцового резистора каждого последующего каскада следующего младшег поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом предыдущего каскада предшествующего старшего поддиапазона преобразования. При этом вывод соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом последнего каскада самого младшего поддиапазона преобразования,соединен со входом измерительного повторите;, напряжения. На чертеже представлена схема преобразователя.

Преобразователь ток-напряжение содержит повторитель выходного напряжения , измерительный повторитель 2 напряжения, первый каскад 3 самого старшего поддиапазона преобразования, второй каскад 4 первого младшего поддиапазона преобразования, предпоследний каскад 5 предпоследнего младшего поддиапазона преобразования, последний каскад 6 самого младшего поддиапазона преобразования, и управляемый делитель 7 напряжения. Каскады 3,4, 5 и 6 состоят из формирователя 8 компенсирующего сигнала и последовательно соединенных силового ключа 9, нелинейного элемента 10 и образцового резистора 11. При этом входы силоэых. ключей 9 каскадов 3-6 соединены между собой и подключены к токовому входу 12 устройства, а выходы соответственно в каждом каскаде соединены с выходами формирователей компенсирующего сигнала 8 и через нелинейные элементы 10 - с первыми выводами образцовых резисторов 11.

Второй вывод резистора 11 первого каскада самого старшего поддиапазона преобразования подключен к токовому выходу 13 устройства и входу повторителя выходного напряжения 1, выход которого соединен с выводом 14 выходного потенциала и первым входом управляемого делителя 7 напряжения. Второй вывод резистора 11 второго каскада 4 первого младшего поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вывода резистора I1 с нелинейным элементом 10 первого каскада 3 самого старшего поддиапазона преобразования. Аналогично, второй вывод резистора 11 каждого последующего каскада следующего младшего поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вьюода резистора 1 1 с нелинейным элементом 1,0 предьщущего каскада предшествующего старшего поддиапазона преобразования,

Вывод соединения первого вывода резистора I1 с нелинейным элементом 10 последнего каскада 6 самого млад50 щего поддиапазона преобразования соединен со входом измерительного повторителя напряжения 2, выход которого соединен с выводом 15 измерительного потенциала, ее вторьт входом управляемого делителя напряжения 7 и со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 последнего каскада 6. Делитель 7 выходом 16 соединен со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 каскада 3, выходом 17 - со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 каскада 4, а выходом 18 - со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 каскада 5. Формирователь 8 выполнен на усилителе 19 с резистором 20 в цепи отрицательной обратной связи, который работает в качестве повторителя напряжения с ограничением выходного тока. Нелинейный элемент 10 выполнение двух диодах 21 и 22, включенных параллельно и встречно друг другу. Преобразователь ток-напряжение работает следующим образом. В каскаде 3 выбранного поддиапазон на открыт силовой ключ 9, а в каскадах 4-6 невыбранных поддиапазонов силовые ключи закрыты. Электрический то поступающий на Токовый вход 12, через открытый силовой ключ 9, нелинейный элемент 10 и образцовый резистор 11 каскада 3 выбранного поддиапазона про ходит на токовый выход 13. Электрический потенциал, образующийся на токовом выходе, повторяется повторителем выходного напряжения 1 и поступает на вывод выходного потенциала 14 и первый вход управляемого делителя напряжения 7. Электрический потенциал, образующийся на выводе соединения первого вы вода резистора I1 с нелинейным элемен том 10 каскада 3,через обра зцовые резисторы 9 каскадов 4-6 и измерительный повторитель напряжения 2 поступает на вывод измерительного потенциала 15, вход формирователя компенсирующего сигнала 8 каскада 6 и на второй вход управляемого делителя напряжения 7. В том случае, когда выбранным поддиапазоном является каскад 3, управляемый делитель напряжения 7 на своих выходах 17 и 18 поддерживает потенциал, равный потенциалу, поступающему на его второй вход. Пр)я этом в кас кадах 4-6 невыбранных поддиапазонов формирователи компенсирующего сигнала 8 поддерживают на нелинейных элементах 10 разность потенциалов не более единиц мВ, определяемую нестабильностью нулевого уровня повторителей напряжения с ограничением выходного тока, на которых они выполнены, нестабильностью нулевого уровня измеритель ного повторителя напряжения 2, а для каскадов 4 и 5 - еще и неточностью 2 задания и нестабильностью поддержания напряжения на выходах 17 и 18 управляемого делителя напряжения. Ток, проходящий через нелинейные элементы 10 в цепь образцовых резисторов 11 и далее на токовый выход 13 устройства, не зависит от значений токов утечки силовых ключей 9 каскадов 4-6 невыбранных поддиапазонов, а определяется значением сопротивления нелинейного элемента 10, достигающего значений 10®0м и более в режиме малых разностей потенциалов, приложенных к его выводам. Таким образом, нижний предел диапазона преобразования ограничивается лишь током утечки через нелинейные элемента 10 каскадов 4-6 невыбранных поддиапазонов, который не превьппает единиц нА при приложенной к нелинейным элементам разности потенциалов в несколько мВ, и входными токами повторителя выходного напряжения 1 и измерительного повторителя напряжения 2, суммарная величина которых значительно меньше одного нА. Ввиду того, что формирователь компенсирующего сигнала 8 каскада 3 выбранного поддиапазона преобразования при открытом силовом ключе 9 не влияет на работу устройства, на первом выходе 16 управляемого делителя напряжения 7 может устанавливаться любой промежуточный потенциал в диапазоне потенциалов, поступающих на входы делителя. При этом формирователь компенсирующего сигнала 8 каскада 3 работает в режиме перегрузки. При выборе других поддиапазонов преобразователь работает аналогично, с той лишь разницей, что преобразуемый ток протекает как через образцовый резистор 11 каскада выбранного поддиапазона, так и через резисторы 11 каскадов всех старших, по отношению к выбранному, поддиапазонов преобразования. Кроме того, управляемый делитель напряжения 7 устанавливает потенциал, равный потенциалу, поступающему на его второй вход, на тех своих выходах, которые соединены со входами формирователей компенсирующего сигнала всех последующих каскадов младших, по отношению к выбранному, поддиапазонов преобразования, а на тех своих выходах, которые соединены со входами формирователей компенсирующего сигнала всех предыдущих каскадов старших, по отношению к выбран-

ному, поддиапазонов преобразования, управляемый делитель напряжения устанавливает потенциалы, равные потенциалам на первых выводах соответствующих образцовых резисторов этих каскадов, которые образуются от протекания через них преобразуемого тока.

Например, если в каскаде 4 выбран кого поддиапазона открыт силовой ключ 9, то в каскадах 3, 5 и 6 невыбранных поддиапазонов силовые ключи закрыты. Преобразуемый ток протекает через резисторы 11 каскада 4 выбранного поддиапазона преобразования и каскада 3 старшего, по отношению к выбранному, поддиапазона преобразования. На выходе 18 управляемого делителя напряжения 7, который соединен со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 последующего каскада 5 младшего, по отношению к выбранному, поддиапазона преобразования, устанавливается потенциал, равный потенциалу, поступающему на второй вход управляемого делителя напряжения 7. На выходе 16 делителя 7, который соединен со входом формирователя компенсирующего сигнала 8 предьщущего каскада 3 младшего, по отношению к выбранному, поддиапазона преобразователя, устанавливается потенциал, равный потенциалу на первом выводе резистора 11 каскада 3, который образуется на этом резисторе от протекания через него преобразуемого тока.

Ввиду того, что формирователь компенсирующего сигнала В каскада 4 выбранного поддиапазона преобразования при открытом силовом ключе 9 не влияе на работу устройства, на выходе 17 управляемого делителя напряжения 7 может устанавливаться любой промежуточньй потенциал в диапазоне потенциалов поступающих на его входы.

Введение в преобразователь токнапряжение управляемого делителя напряжения позволяет уменьшить количество вспомогательных цепей, подключаемых к образцовым резисторам, т.е. уменьшить примерно в два раза суммарное значение ,токов утечки этих цепей, и тем самым повысить точность преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь ток-напряжение, содержащий повторит/ель выходного напряжения, выходом соединенный с выводом выходного потенциала преобразователя, измерительный повторитель напря82

жения, выходом соединенный с выводом измерительного потенциала преобразователя , и каскады, количество которых равно числу поддиапазонов преобразования, каждый из которых состоит из силового ключа,соединенного входом с токовым входом преобразователя ,формирователя компенсирующего сигнала,образцового резистора и нелинейного элемента,ко0 торный включен между первым вьшодом образцового резистора и выводом соединения выходом упомянутых силового ключа и формирователя компенсирующего сигнала, а второй вывод образцового

5 резистора только одного первого каскада самого старшего поддиапазона преобразования подключен к токовому выходу устройства и входу повторителя выходного напряжения, отличаю0 щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введен управляемый делитель напряжения, который первым входом соединен с выходом повторителя выходного напряжения, вторым входом соединен с выходом измерительного повторителя напряжения и входом формирователя ком- . пенсирующего сигнала последнего каскада самого младшего поддиапазона

0 преобразования, а вход каждого формирователя компенсирующего сигнала остальных каскадов соединен с одним из . выходом управляемого делителя напряжения, причем вывод образцового ре, зистора второго каскада первого младшего поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом первого каскада самого

- старшего поддиапазона преобразования, а второй вывод образцового резистора каждого последующего каскада следующего младшего поддиапазона преобразования соединен с выводом соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом предьщущего каскада предшествующего старшего поддиапазона преобразования, при этом вывод соединения первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом последнего каскада самого младшего поддиапазона преобразования соединен с входом измерительного повторителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2437785/18-21, кл. G 01 R 19/00, 1977 (прототип