Динамический делитель напряжения

Динамический делитель напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДЕЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине, а другие выводы подключены к выходам управляемых ключей. первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам соответственно , а входы управления управляемых ключей подключены к выходам блока формирования кодов, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при реализации больших коэффициентов деления , снижения времени осреднения и повышения точности, в него введены ,два дополнительных управляемых ключа, первые и вторые выходы которых присоединены к первой и второй шинам, вход одного дополнительного управляемого ключа присоединён к первой входной клемме, вход другого дополнитель ного управляемого ключа подключен к второй входной клемме, а входы управления двух дополнительных управляемых ключей присоединены к дополнительному выходу блока формирования кодов. О 00 со о со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РеспУБлин

1 (19) (10 (д) Н 03 К 13/02

1 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3351997/18-21 (22) 24.11 81 (46) 30.03.83. Бюл. М 12 (72) В.А. Яцкевич (71) Гомельский государственный университет (53) 621.374{088.8} (56) 1. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Учебник для вузов. Киев, "Вища школа", 1980, с. 298-301, рис. 7 25 7-26.

2. микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации. Под ред. В.Б. Смолова, Л "Энергия", 1976, с. 181-185, рис. 7-2. (54)(57) 1. ДИНАИИЧЕСКИЙ ДЕЛИТЕЛЬ

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине, а другие выводы подключены к выходам управляемых ключей, первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам соответственно, а входы управления управляемых ключей подключены к выходам блока формирования кодов, о тл и ч а ю шийся. тем, что, с целью упрощения конструкции при реализации больших коэффициентов деления, снижения времени осреднения и . повышения точности, в него введены два дополнительных управляемых ключа, первые и вторые выходы которых присоединены к первой и второй шинам, вход одного дополнительного управляемого ключа присоединен к первой вход-.. ной клемме, вход другого дополнительного управляемого ключа подключен к ® второй входнои клемме, а входы управления двух дополнительных управляемых ключей присоединены к допол- нительному выходу блока формирования кодов.

2. Делитель напряжения по и. 1, отличающийся тем, что блок формирования кодов содержит задающий генератор, выход которого присоединен к входу счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, а выходные шины. дешифратора, за исключением последней, соединены с входами элементов согласования, последняя выходная шина дешифратора подключена к одному входу элемента

ИЛИ и счетному входу первого триггера, выход которого присоединен к входу дополнительного элемента согла. сования, а вход последнего элемента согласования присоединен к выходу элемента ИЛЙ, другой вход которого под-.

8903 ключен к выходу элемента И, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера, счетный вход которого подключен к другому входу элемента И и предпоследней выходной шине дЕшифратора, а прямой выход второго триггера подключен к установочному входу первого триггера и входу блока формирования одиночного им,пульса, выход которого подключен к установочному входу счетчика, выходы элементов согласования являются выходами блока формирования кодов, а выход дополнительного элемента согласования является дополнительным выходом блока формирования ко— дов, I.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к делителям напряжения динамического типа, и может быть использовано в качестве отдельного делителя напряжения высокого класса точности либо д составе преобразователя код - среднее значение напряжения, Известны преобразователи кода в мгновенное значение напряжения после- 1 довательного и параллельного типа, которые содержат резисторы, управляе" мые ключи и блок формирования кодов.

При поступлении управляющих сигналов с выхода блока формирования кодов про исходит переключение соответствующих ключей, образующих из резисторбв схему делителя напряжения, При изменении управляющего кода изменяется соотношение плеч делителя, что обеспечивает изменение выходного напряжения $1) .

Недостаток указанных устройств заключается в том, что коэффициент деления зависит от величин сопротивлений резисторов, кроме того, для получения большого коэффициента деления необходимо большое количество резисторов и управляющих ключей.

Наиболее близким к предлагаемому является динамический делитель напряжения, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине, а другие подключены к выходам управляемых ключей, входы которых соединены с первой и второй шинами, а входы управления присоединены к выходам блока формирования кодов. В исходном состоянии все резисторы через ключи подключены к второй шине, которая является общей. Входное напряжение подключается к первой и второй шинам. При поступлении управляющих кодов последовательно переключаются все ключи и каждый из резисторов поочередно в течение одного цикла через ключ подключается к первой шине. При этом среднее значение входного напряжения за общее время переключений оказывается меньше входного в количество раз, равное числу циклов. Благодаря циклическому переключению резисторов делителя и осреднению:выходного напряжения устраняется. погрешность от нестабильности резисторов, а коэффициент деления определяется только структурой и режимом работы делителя и не зави сит от сопротивления резисторов делителя (2 .

Максимальный коэффициент деления известного динамического делителя равен числу резисторов, причем для их переключения необходимо такое же количество управляемых ключей. Недостатками известного делителя являются

1008903 4

3 сложность конструкции при реализации больших коэффициентов деления и боль-. шое время осреднения. Кроме того, на точность коэффициента деления влияет неидеальность характеристик большого количества ключей.

Цель изобретения - упрощение конст.. рукции при реализации больших коэфе фициентов деления, снижение времени

Ф осреднения и повышение точности. !6 !

Указанная цель дос-игается тем, что вдинамический делитель напряжения, содержащий резисторы, одни выводы которых присоединены к выходной шине, а другие выводы подключены к выходам управляемых ключей; первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам соответственно, а входы управления управляе .мых ключей подключены к выходам блока формирования кодов, введены два до полнительных управляемых ключа, первые и вторые выходы которых присоединены к первой и второй шинам; вход одного дополнительного. управляемого ключа .присоединен к первой входной клемме, вход другого дополнительного управ- . ляемого ключа подключен к второй входной клемме, а входы управления двух дополнительных управляемых клю30 чей присоединены к дополнительному выходу блока формирования кодов.

Блок формирования кодов содержит задающий генератор, выход которого присоединен к входу счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора, а выходные шины дешифратора, за исключением последней, соединены с входами элементов согласования, последняя выходная шина дешиф-: ратора подключена к одному входу элемента ИЛИ и счетному входу первого триггера, выход которого присоединен к входу дополнительйого элемента согласования, а вход последнего элемен- <> та согласования присоединен к выходу элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к выходу элемента И, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера, счетный вход которого подключен к другому входу схемы И и предпоследней выходной шине дешифратора, а прямой выход второго триггера подключен к установочному входу первого триггера и входу блока формирования одиночного импульса, выход которого подключен к установочному входу счетчика, выходы элементов согласования являются выходами блока формирования кодов, а выход дополнительного элемента согласования является дополнительным выходом блока формирования кодов.

На чертеже приведена схема предлагаемого динамического делителя напряжения.

Делитель напряжения содержит резисторы 1 — 1-1-П, -выходную шину 2, управляемые ключи 3-1 - 3-11, первую шину 4, вторую шину 5, дополнительные управляемые ключи 6 и 7, входные клеммы 8 и 9, блок 10 формирования кодов, дополнительный выход 11 блока формирования кодов, задающий генератор 12, счетчик 13, дешифратор l4, последнюю выходную шину 15 дешифратора, элементы 16- 1 — 16-Н согласования, элемент ИЛИ 17, первый триггер 18, дополнительный элемент 19 согласования, элемент И 20, второй триггер 21, блок 22 формирования одиночного импульса.!

Одни выводы резисторов i -1 — 1- и присоединены квыходной шине 2,а дру- . гие-подключены к выходам управляемых ключей 3-1 - 3- П, первые и вторые входы которых присоединены к первой и второй шинам 4 и .5 соответственно, к которым также подключены первые и вторые выходы двух дополнительных управляемых ключей 6 и 7,. входы кото- ° рых соединены с первой и второй входными клеммами 8 и 9 соответственно, входы управления управляемых ключей 3-1 " 3-!! подключены к выходам блока 10 формирования кодов, а входы управления двух дополнительных управляемых ключей 6 и 7 присоединены к дополнительному выходу 11 блока 10 формирования кодов, в состав которого входит задающий генератор 12, выход которого подключен к входу счетчика 13, выход которого подключен к входу дешифратора 14, выходные шины дешифратора 14 .за исключением последней шийы l5 соединены с входами

I элементов 16-1 — 16- 11 согласования, последняя выходная шина 15 дешифра-. тора 14 подключена к одному входу элемента ИЛИ 17 и счетному входу первого триггера 18, выход которога присоединен к входу допорйительного эле-, мента 19 согласования, а вход последнего элемента 16 согласования присое-.

1 0089

5 динен к выходу элемента ИЛИ 17, дру" гой вход которой подключен к выходу элемента И 20, один вход которого присоединен к инверсному выходу второго триггера 21, счетный вход которого подключен к другому входу эле" мента И 20 и предпоследней выходной шине дешифратора 14, а прямой выход второго триггера 21 подключен к установочному входу первого триггера t8 o и входу блока 22 формирования одиночного импульса ., выход которого подключен к установочному входу счетчика 13.

Делитель напряжения работает следующим бразом,.

Входное напряжение прикладывается к входным клеммам 8 и 9, а выходное напряжение снимается с выходной шины 2 и второй шины 5. Соот- 20 ношение между этими напряжениями определяется структурой делителя в данный момент времени, т.е. зависит от того, .между какими шинами подключен тот или иной резистор 1-1 - 1-11.

Одни выводы всех резисторов t-1

1-I1 присоединены к выходной шине 2, а другие выводы могут подключаться через соответствующий ключ 3-1 - 3-l1 к первой или второй шинам 4 или 5 зо в зависимости от состояния давных

03 4 ключей. Управление ключами 3-1 - 3-И, а также дополнительными ключами б и 7 осуществляется подачей кодов с выхода блока 10 формирования кодов.

В общем случае связь между выходным напряжением и напряжением между первой и второй шинами 4 и 5 может быть представлена в виде

l н

Вьх Цвх Z +2 7

H В

1 где 0, — напряжение между выходной шиной 2 и второй 5 шинами

ОВХ - напряжение между первой и второй шинами 4 и 5; .

Z II — суммарное сопротивление резисторов, подключенных между выходной 2 и вто-, рой 5 шинами;

2 — суммарное сопротивление ре зисторов 1, подключенных ме><ду первой и выходной шинами 4 и 5.

Если ввести коэффициентд,, равный 1 или 0, в зависимости от того, включен ли резистор 1 R между первой

4 и выходной 2 шинами в течение j-го цикла или нет, то выходное напряжение делителя U>b „ оказывается равным

1 (2) "eb

R Rz Rg "о 1 1 г 3 п сопротивление резистора 1 ми, и ; = 0, если резис(I =1, 2, З,...,п); тор R не подключен между коэффициент К „ = 1, если первой 4 и выходной 2 ширезистор В„ подключен между нами. первой 4 и выходной 2 шина- Упростив выражение (2) получаем

<«Rz Rý" Rn o!a) R< Rg « Rn+

t () ВЫх. () х 2 3 п R< 3 Rn Rl g "Rn " R1RzR> "< n-1

Значение коэффициента К опре- ченным между первой и выходной шина11 деляется состоянием управляющего клю- ми 4 и 2, при этом коэффициенты Ж, ча 3-1 - 3-11, к выходу которого в те- 50 0, ф,...,oC последовательно причение )-го цикла присоединен резис- нимают значение равное 1. тор R . При последовательном пере1 ключении ключей 3-1 — 3-11 каждый ре- 3а время и циклов среднее значезистор 1-1 — 1- Н поочередно в тече- ние выходного напряжения U Bbt x cp в . ние одного цикла оказывается подклю- И общем случае будет равно

0 () г 3 и 1 1 Э г1 п11 1 2 и- i (18ых.ср -д, (4)

Г1 г 3 " и з " и " R

7 1008903 8

Если коэффицие ты М1, последова- цикла К 22 = 1 d =d =d, = 4

2 = 2 52 tt-1,2 tt2 тельно принимают значения единицы, О и т.д. за время n - цикла d пРИчем за вРемЯ пеРвого цикла й,и — — 1 = 1,®<< — Ж„" ...=0 1 = О, то. Ре"

К21=Ы <=.. ГЖ0,=0, за время второго зультирующая сумма и слагаемых равна и 0«)R2R3 Я01М21R1R3 Rn+.„+ЫП1 Ц1Р2 и П,,> (5)

)"- 1 R2R3 "Rn+R R3 ". п+ 1 " Rlа среднее значение 10

"алых с

1 l среднее значение выходного напряжения за lS время и циклов при последовательном переключении ключей 3;

n — количество циклов, равное числу резисторов 1. 0

Выражение (5) может быть тождественно равно единице и при (n-1) слагаемом, если за время (n-1) цикла два коэффициента равны 1, а остальНые нулю T ° е ° g tt =ЫП 1,g<) =О 2 = 25 . =...0(g<= О. Пр» этом среднее значение равно

1 вх (7)

est x. ср

30 где 0,, — среднее значение выходного напряжения за вре. мя (и-1) цикла переклю-. чения ключей 3 при одновременном переключении двух последних клю- З5 чей 3 на (n-1) цикле.

В предлагаемом делителе напряжения входное напряжение УВЫ с входных клемм 8 и 9 через дополнительные управляемые ключи 6 и 7 оказывается приложенным к первой и второй шинам

4 и 5. Исходное состояние дополнительных ключей б и 7 такое, что на первой шине 4 более высокий потенциал чем на второй шине 5, а ключи 3 в исходном состоянии обеспечивают подключение резисторов 1 к второй шине 5 °

Работа делителя происходит в течение двух этапов и начинается с последовательного поступления управляющих сигналов с выходов блока 10 формирования кодов на входы управления ключей 3- 1 — 3-tt. За время действия первого управляющего сигнала (пер-5S вь и цикл) срабатывает первый ключ

;3-1 - 3-п (на чертеже ближайший к входным клеммам 8 и 9) и резистор 1-1

Ь

1 - и, подключенный к его Bblxo ду, присоединен- к. первой шине 4, По окончании действия первого управляющего сигнала первый ключ 3- 1 возвращается в исходное состояние и ре" зистор 1- 1, подключенный к его выходу, присоединяется к второй шине 5. Одновременно с этим на другом выходе блока 10 формирования кодов появляется управляющий сигнал, который поступает на следующий ключ 3-2, вызывая его срабатывание и т.д.

При появлении управляющего сигнала на предпоследнем выходе блока 10 формирования кодов одновременно появляется управляющий сигнал и на его последнем выходе. Эти сигналы поступают на входы управления двух последних ключей 3-(11-1), 3-й, которые срабатывают и подключают одновременно два последних резистора 1-(1-tt); 1- l1 к первой шине 4. По окончании действия этих двух управляющих сигналов, т.е. за время (11-1) циклов переключений среднее значение выходного напряжения оказывается равным

"вх — „На этом заканчивается первый

Sbtt этап работы делителя.

Одновременно с возвращением двух последних ключей 3- (1-П); 3-tl в исходное состояние появляется управляющий сигнал на дополнительном выходе 11 и на первом выходе блока 10 формирования кодов. С этого момента начинается второй этап работы. Сигнал с дополнительного выхода 11 вызывает срабатывание двух дополнительных ключей 6 и 7, меняющих полярность входного напряжения на первой и второй шинах 4 и 5 на противоположную, а сигнал с первого. выхода вновь переключает первый ключ 3-1.

По окончании действия управляющего сигнала с первого выхода появляется сигнал на втором выходе блока формирования 10 и т.д., вызывая последовательное срабатывание ключей

3-1 - 3-)1. При этом, сигнал с допол9 1008 нительного выхода 11 блока 10 формирования не исчезает и дополнительные ключи 6 и 7 находятся во включенном состоянии. При появлении управляющего сигнала на предпоследнем выходе блока 10 формирования кодов на его последнем выходе управляющий сигнал отсутствует, а появляется лишь по окончании действия сигнала с предпоследнего выхода. 10

Одновременно с окончанием действия управляющего сигнала с последнего выхода блока 10 формирования кодов исчезает управляющий сигнал и с его дополнительного выхода 11, при 1$ этом дополнительные ключи 6 и 7 и последний ключ 3- ll возвращаются в исходное состояние. Среднее значение выходного напряжений в данном слу чае за время циклов и переключений 20 < "Вх

ВЫх.ср оказывается равным .Ц ю

Знак минус показывает, ч о среднее значение определяется с обратной полярностью входного напряжения. На 2$ этом заканчивается второй этап работы делителя.

После перехода всех ключей 3-1

3- и в исходное состояние вновь .появляется управляющий сигнал на первом $0 выходе блока 10 формирования «рдов и раббта делителя повторяется.

Результирующее. среднее значение выходного напряжения U ««:p за время двух этапов, равное длительности (й-1) и и циклов, оказывается равным

l< I

"Вых.ер = "ВЫХ,Ср "ВЫХ.ср =

<<Вх )Вх &Х (8) g0

n n(n- )

Следовательно, результирующий коэффициент деления К предлагаемого делителя за время осреднения, которое

4$ складывается из длительности 2 -1 циклов переключений, равен

U ÂÕ

"у- -n(n- ). fS)

"вых,ср

Таким образом, предлагаемый динамический делитель напряжения, образо" ванный из tl резисторов 1,обеспечива" ет максимальный коэффициент деления, К = tl(tl-1), причем суммарное время .осреднения равно (2П-1) циклам пере $$ ключений управляемых ключей 3.

Формирование управляющих сигналов вышеуказанной последователь".

903 10 ности обеспечивается блоком 10 формирования кодов. Основу блока составляют задающий генератор 12, счетчик 13 и дешифратор 14. Элементы 16 согласования обеспечивают преобразование последовательностей логических сигналов в уровни напряжения, необходимых для управления ключами 3- 1

3-ll, а логические элементы И 20, ИЛИ 17 и счетные триггеры 18 и 21 обеспечивают необходимые переключения в течение двух этапов работы.

8 исходном состоянии на выходе счетчика 13 находится нулевой код, сигналы на выходных шинах дешифратора 14 отсутствуют, на инверсном выходе второго триггера 21-состояние

"1", а на выходе первого триггера 18"0".

При подаче сигнала запуска на вход задающего генератора 12 на его выходе появляются прямоугольные импульсы, которые поступают на вход счетчика

13, работающего в режиме сложения.

По мере нарастания кода счетчика 13 последовательно появляются управляющие импульсы на выходных шинах дешифратора 14, начиная с первой (на чертеже крайняя слева). Эти сигналы через согласующие элементы 16 обеспечивают последовательное переключение ключей 3. При появлении сигнала на предпоследнем выходе дешифратора 14 одновременно переключаются два последних ключа 3-(1-П); 3- 1, так как этот сигнал через открытый элемент И 20 и элементы ИЛИ 17 поступает на вход последнего согласующего элемента 16, подключенного к входу управления последнего ключа

3-П. По окончании этого сигнала (по заднему фронту) переключается второй триггер 21, блокируя элемент И 20 нулевым сигналом с инверсного выхода, а единичный сигнал с прямого выхода переключает первый триггер 18, выходной сигнал которого через дополнительный согласующий элемент 19 переключает два дополнительных управлявмых ключа 6 и 7 и удерживает их в этом состоянии. Одновременно единичный сигнал с выхода второго триггера 21 поступает на вход блока 22 формирования одиночного импульса, который по переднему фронту сигнала формцрует одиночный импульс, устанавливающий на выходе счетчика 13 начальный код, возбуждающий первую

Соста в и тел ь A. Ии трофа нов

Техред Т.Иаточка Корректор А. Дзяткр.

Редактор Н. Ковалева

Заказ 2359/68

Ти раж 934 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ф

ll 10 выходную шину дешифратора 14. На этом заканчивается первый этап формирования и начинается. второй. На втором этапе при появлении сигнала на предпоследней выходной шине дешифратора

14 переключается только один ключ, так как элемент И 20 блокирован нулевым сигналом с второго триггера 21 °

После окончания сигнала на предпоследней шине происходит переключение второго триггера 21 в исхбдное состояние и появляется сигнал на последней выходной шине 15 дешифратора 14, который через элемент ИЛИ 17 и элемент 16 переключает последний ключ 3-h, По окончании этого сигнала ключ 3- 11 выключается, а по заднему фронту сигнала первый триггер !8 возвращается в исходное состояние, обеспечивая выключение двух дополнительных управляющих ключей 6 и 7;

Окончание сигнала на последней шине

15 дешифратора 14 происходит при заполнении счетчика 13 и его автоматическом возвращении в начальное со-. . стояние. На этом заканчивается второй этап работы и далее работа блока 10 формирования кодов повторяется. формирование постоянных по длительности выходных сигналов обеспечивается за счет использования вы08903 12 сокостабильного кварцевого задающего генератора 12, счетчик 13 и дешифратор 14 представляют собой интегральные схемы, работающие в двоичном коде (К155ИЕ2 и К155ИД3), а в качестве триггеров выбраны счетные триггеры Ттипа (К155ТВ1).

Преимущества предлагаемого дийами16 ческого делителя напряжения - упрощение конструкции и повышение точностистановятся наиболее значительными при получении больших коэффициентов деления. Так, в известном делителе напряжения для получения коэффициента деления Ку = 30 необходимо иметь

30 резисторов и 30 управляемых ключей, при этом время осреднения со ставляет 30 циклов переключений.. В

20. предлагаемом делителе такой же коэффициент деления К .= 30 достигается при числе резисторов равном шести и управляемых ключей равном 8 (выраже"и ние 11), а время осреднения составляет 11 циклов переключений. Кроме того, получение среднего значения выходного напряжения, как разности средних значений напряжений за время первого и второго этапов (выражение 8) зв снижает общую систематическую -погреш-. ность от неидеальности ключей.