Магазин сопротивления

Магазин сопротивления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: магазин сопротивления содержит резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных п-резисторов, m-групп переключателей, каждый из которых содержит по п+1 ключей, m-разрядных операционных усилителей, тразрядных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для подключения внешнего источника тока, переключатель начального сопротивления, резистор обратной связи, источник питания с соответствующими связями. 1 ил.

СОЮЗ СОИ- СКИХ

СЧ(ИАЛИС|ИНЕСКИХ

vu:пуг пик (я)з G О1 R 27/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

/;.;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

М 4 3

Q3

М

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814582/21 (22) 28.04.90 (46) 15.11.92. Бюл. М 42 (71) Специальное конструкторское бюро микроэлектроники в приборостроении (72) В.В.Кравцов и С.Ф.Снетилов (56) Авторское свидетельство СССР

М 924615, кл. G 01 R 27/00.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 940275, кл. Н 03 Н 5/00.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1437798, кл. 6 01 R 27/00. (54) МАГАЗИН СОПРОТИВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике.

Известны магазины сопротивления, содержащие делитель, ряд разрядных переключателей, выходной операционный усилител ь.

Из известных магазинов сопротивления наиболее близким к заявляемому по технической сущности является магазин сопротивления, содержащий резистивный делитель, выполненный на и декадных резисторах, mгрупп переключателей,,где m -4, 5, ... 8 — количество разрядов магазина сопротивления, m разрядных операционных усилителей (преобразователей напряжения — ток) с m опорных резисторов, выходной операционный усилитель (повторитель напряжения), управляемый резистор, инвертор;

Недостатком такого магазина сопротивления является сложность устройства, суженные эксплуатационные характеристики, повышенная пог реш i ость. Ж 1775685 Al (57) Сущность изобретения: магазин сопротивления содержит резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных п-резисторов, m-групп переключателей, каждый из которых содержит по и+1 ключей, m-разрядных операционных усилителей, mразрядных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для подключения внешнего источника тока, переключатель начального сопротивления. резистор обратной связи, источник питания с соответствующими связями. 1 ил.

Сложность обусловлена в первую очередь необходимостью иметь для каждого операционного усилителя гальванически независимый источник питания (средняя точка питания каждого усилителя соединена с неинвертирующим входом своего операционного усилителя и не связана с другими средними точками источника питания других операционных усилителей), что для магазинов сопротивления в переносном варианте с автономным питанием приводит к значительному усложнению схемы (требуется преобразователь напряжения стабилизированный), увеличению тока потребления и к излучению радиопомех. Кроме этого требуется дополнительно инвертор.

Суженные эксплуатационные характеристики обусловлены тем, что диапазон воспроизводимых сопротивлений при количестве резисторов в делителе n == 9 находится в пределах от начального сопротивления, равного одной ступени младшей декады, а при и - 10 — от отрицатель ого, равного сумме, состоящей из единицы каж1775685 дополнительно введены переключатель начального сопротивления, резистор обратной связи, источник питания. Первая клемма для подключения внешнего источникатока соединена с первым выводом первого резистора резистивного делителя, первым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления и первыми выводами первых ключей каждого переключателя с первого по второй вывод каждого резистора с первого по и-1 соединены с первым выводом каждого резистора со второго по и резистивного делителя и первыми выводами каждого ключа со второго no n каждого переключателя с первого по

m, вторые выводы каждого ключа с первого по n+1 каждого переключателя с первого по

55 дой декады, кроме младшей, до положительного сопротивления, равного сап ротивлению управляемого резистора. Таким образом, схема не позволяет выполнять декады с перекрытием (т.е. по 10 резисторов в 5 декаде. а не по 9} в положительную сторону сопротивлений, что удобно, а в некоторых случаях необходимо при измерениях, а увеличение количества резисторов в делителе приводит лишь к незначительному расши- 10 рению диапазона сопротивлений в отрицательную сторону, усложняет декадные переключатели, и смещает точку нулевого отсчета декад, что существенно усложняет пользование магазином сопротивления. 15

Кроме того, схема не позволяет иметь такую универсальность, как отдельно диапазон положительных сопротивлений, диапазон отрицательных сопротивлений, смещать при необходимости начало отсчета (в сторо- 20 ну отрицательных или положительных сопротивлений или точно в нуль), получать сопротивление большее, чем сопротивление управляемого резистора.

Повышенная погрешность заключает- 25 ся в том, что иэ активных узлов, кроме выходного операционного усилителя (или повторителя напряжения) и декадных операционных усилителей имеется еще инвертор. 30

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение эксплуатационных характеристик устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в магазин сопротивления, содержащий рези- 35 стивный делитель, состоящий из последовательно соединенных п-резисторов, m-групп переключателей, каждый из которых содержит по п+1 ключей, m-разрядных операционных усилителей, m-paspsp vx 40 резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для подключения внешнего источника тока, m соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по m, выход соединен с инвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по m и с первым выводом каждого разрядного резистора с первого по

m, вторые выводы каждого разрядного резистора с первого по m соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя с первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя и второй клеммой для подключения внешнего источника тока, второй вывод и-резистора резистивного делителя соединбн с вторым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления, общей шиной и с первым выводом n+1 ключа каждого переключателя с первого по m, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с дополнительным отводом резистивного делителя, подвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя, первый выход источника питания соединен с первым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по m и с первым входом питания выходного операционного усилителя, второй выход питания источника соединен с вторым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по m и с вторым входом питания выходного операционного усилителя, третий выход источника соединен с общей шиной, На чертеже представлена структурнаА электрическая схема магазина сопротивления.

Магазин сопротивления состоит иэ резистивного делителя 1, выполненного с n+1= 11 отводами 2-12 с и = 10 декадными резисторами 13-22, m = 2 переключателей 23 и 24, где m = 2 — количество разрядов магазина сопротивления, каждый из которых состоит из и + 1 = 11 ключей 25-35, m = 2 разрядных операционных усилителей 36 и 37, m = 2 разрядных резисторов 28 и 39, выходной операционный усилитель 40, источник питания со средней точкой 41, переключателя начального сопротивления 42 и резистора обратной связи 43. При этом в каждой из m групп переключателей 23 и 24 выходы ключей 2535 соединены между собой, а вход каждого ключа 25-35 s группе 23-24 соединены с соответствующими отводом 2 — 12 резистивного делителя 1, выход выходного операционного усилителя 40 соединен с одним

1775685

01 0доп

0 - 0ддо п1

30

0д = I Rp, 0вых = 0доп 0ос

55 ймаг — Rg

Ioc Roc выводом 44 внешнего источника тока, один неподвижный контакт переключателя начального сопротивления 42 соединен с первым крайним отводом 2 резистивного делителя 1 и со средней точкой источника питания 41, второй неподвижный контакт переключателя начального сопротивления

42 соединен с дополнительным отводом 45 резистивного делителя 1, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления 42 с соединен со вторым крайним отводом 1? резис-". -.:: ог.. делителя

1, который соединен со вто ы:. выводом 46 внешнего источника тока, подан:кный КоН такт переключателя начального сопротивления 42 соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя 40, выходы всех и+1 ключей 25 — 35 в каждой группе ключей 23, 24 соединены с неинвертирующим входом соответствующего разрядного операционного усилителя

36, 37, выход которого соединен с первым выводом соответствующего разрядного резистора 38, 39, вторые выводы разрядных резисторов 38, 39 соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя 40 и с первым вь водсм резистора обратной связи 43, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя 40, инвертирующий вход в каждом разрядном операционном усилителе 36, 37 соединен с его выходом, первый и второй выводы источника питания 41 соединены с соответствующими выводами всех операционных усилителей 36, 37, 40.

Магазин работает следующим образом.

Ток от внешнего источ".ика, проходя от второго 46 к первому 44 его выводу через магазин сопротивления, создает падение напряжения на резистии ам делителе i где — ток от внешнего источника;

Йд — сопротивление реэистивного делителя, Напряжение с одного из выходов резистивного делителя поступает на вход первого разрядного операционного усилителя 36, включенного повторителем напряжения, через один из ключей 25-35 первого переключателя 23 (в любой конкретный момент времени в каждом переключателе 23, 24 замкнуто по одному ключу). Это напряжение равно U1= 0д К1, где Кi — коэги-,ициент передачи напряжения делителя на неинвертирующий вход первого разрядного операционного усилителя 36. Аналогично напряжение на входе того операционного усилителя 37 равно Um=- 0д Km. Напряжения

20 на выходах операционных разрядных усилителей 36 и 37 равны напряжениям на их неинвертирующих входах, т.е, U1 и 0 соответственно, В выходном операционном усилителе

40 напряжение на инвертирующем входе благодаря отрицательной обратной связи через резистор 43 равно напряжению íà его неин верти рующем входе, подключенном через переключатель 42 к одному из выводов реэистивного делителя 2, 12 или 45 и равно U«n- — 0д К, где К вЂ” коэффициент передачи напряжения делителя 1 на вход выходного операционного усилителя 40.

Ток первого разрядного резистора 38 можно определить из выражения где R1 — сопротивление первого разрядного резистора 38.

Так m-rn разрядного резистора 39 можно определить из выражения где Rm — сопротивление m-ro разрядного резистора 39.

Ток, проходящий через резистор обратной связи 43 равен сумме токов всех разрядных РезистоРов 38, 39: !ос = I1 + „. + Im, а падение напряжения на резисторе обратной связи 43 равно 0ос = Ioc Roc.

Учитывая, что выходной операционный усилитель 40 включен как инвертирующий по отношению к выходным напряжениям разрядных операционных усилителей 36, 37, напряжение ía его выходе равно

Тогда напряжение между выводами внешнего источника 44 и 46 определяется иэ выражения Usage = 0д0вых, а сопротивление магазина Ймаг =

0 var 0д 0вых 0д ! I . Подставляя !

= Rp, получим

0вых R Одоп — Uoc ! !

1775685 — а-= К2,1; KR 1

2,1

+ 0,1) - 1 - 0,1) 1,1 йд

- О 1-0 )=йд, 1

2. К - о; к1 = К 1, 30

К 1;к1=к =0.

О - йд - й(К(1 + 1 + 0,1));

7 (U V@qn U» икса( к и к,-и к, . лк,н„-и(л(1„

-.R<=R --1 (к--1 — ° -"+ - — )R»j* и ° (к -к к -к

J "т Rw (R» »

=К -р-(л-(к-к) — -"--(л -к(— =

R ((R» R»1. б

=R -К (л.л —.-- К- -л,— ---ʄ— (;

Наибольший практический интерес

: представляет три значения К: К - 0, К - 1 и значение К, при котором выходное coi ПРОтИВЛЕНИЕ МаГаЗИНа RMar = 0 ПРИ НаЧаЛЬ:. ном положении декад, т.е, когда К - О,, .,К2-О ... Km О.,;

РассмотРим сопРотивление RMar nPu следующих условиях; число декад (разрядов) п1= 2; R1 Кос Rm 10йос К К1 Кв О.

Подставляя эти значения в выражение (1) найдем сопротивление

Ямаг = йд йд (0(1 + 1 + — )

t.е. в этом случае при начальном положении

ПЕрЕКЛЮЧатЕЛЕй 23 И 34 СОПратИВЛЕНИЕ RMar

Яд.

Я „=Яд+Я +R, — -2,1RA

Следовательно, сопротивление магаэи- 35 на в этом случае может изменяться в пределах от Яд до 2,1 Яд(когда К-О).

3.к к1 1=К

RMar йд- Яд(1(1+ 1+ 0,1)- 1 1 - 1 0,1) О

R Mar Яд = йд (1(1 + 1 + О, 1) - О) = -1 е 1 Яд 45

Следовательно, когда К = 1 сопротивление магазина R»r изменяется от 0 до минус

1,1йд.

Определим коэффициент К для вариан- 50 та магазина сопротивлений, имеющего

RMar- 0 ПРИ К1- Km- О И ПОЛОжИтЕЛЬНОЕ СОпротивление при К и К> имеющих любое значение.

Для этого в выражение (1) подставим 55

Ямаг- 0 и К1= Km= 0 и найдем К

Определим теперь верхнее значение сопротивления при 1/2, 1 и К1 = Km- 1 йма =й„-Я„((1+ 1+

2,1

Аналогично можно показать, что для трех-, четырех- и пятидекадного магазина коэффициент будет равен соответственно

1/2, 11; 1/2, 11 1 и 1/2, 1111: а верхнее значение сопротивления йма(соответственно 1,11йд, 1,111йд и 1,1111йд. Следовательно, заявляемая схема магазина сопротивлений позволяет выбирать начало отсчета от отрицательных значений, превышающих по абсолютному значению сопротивление йд до положительных значений вплоть до равных йд. Следовательно, по сравнению с известными магазинами сопротивления расширяются эксплуатационные характеристики заявляемого магазина, Наличие более широкого, чем у прототипа, диапазона отрицательных сопротивлений позволяет использовать заявляемый магазин сопротивлений слоя разработки и применения новых методов измерений, например, измерения сопротивлений: пропуская ток по магазину сопротивлений, соединенному последовательно с известным сопротивлением, и подключив к крайним выводам этого соединения (т.е. параллельно источнику тока) индикатор нуля, можно установить индикатор нуля на нуль, т.е. положительное сопротивление уравновесить отрицательным сопротивлением магазина и определить таким образом неизвестное сопротивление.

Кроме того заявляемый магазин сопротивления позволяет полнее испольэовать напряжение питания. Так, в прототипе выходное напряжение (между клеммами подключения внешнего источника тока) всегда равно разности падения напряжения на мультирезисторе и на выходе выходного операционного усилителя и направлены в одну сторону от средней точки питания выходного повторителя напряжения, т.е. действующее напряжение всегда меньше половины напряжения питания, В заявляемом магазине сопротивления, когда неинвертирующий вход выходного операционного усилителя 40 через переключатель 42 соединен с первым

1775685

Формула изобретения

Магазин сопротивления, содержащий резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных и резисторов, m групп переключателей, каждый из которых содержит по (и + 1) ключей, m разрядных 30 операционных усилителей, m разрядных резисторов, выходной операционный усилитель, первую и вторую клемму для . подключения внешнего источника тока, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упроще- 35 ния и расширения эксплуатационных характеристик устройства, в него введены переключатель начального сопротивления, резистор обратной связи, источник питания, первая клемма для подключения внеш- 40 него источника тока соединена с первым выводом первого резистора реэистивного делителя, первым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления и . первым выводом первых ключей каждого 45 переключателя с первого по m, второй выкрайним отводом 2 резистивного делителя

1, напряжения на магазине сопротивления равно арифметической сумме напряжений на делителе 1 и на выходе выходного операционного усилителя 40 и может достичь значения, близкого к полному напряжению питания, т.к. эти напряжения имеют разную полярность относительно средней точки источника питания 41.

Питание магазина сопротивления осу-. ществляется. от одного источника питания со средней точкой, что является существенным упрощением по сравнению с прототипом, не считая исключения инвертора.

Кроме того, в сумму погрешностей sxoдят погрешности активных элементов не меньше, чем в прототипе (за счет исключения инвертора), что составляет приблизительно 1/3 всей погрешности от активных элементов (влияние младших разрядов на общую погрешность значительно меньше, чем старшего разряда).

20 вод каждого резистора с первого по (n - 1)-й соединен с первым выводом каждого резистора с втОрого по п резистивного делителя и первыми выводами каждого ключа с второго по и каждого переключателя с первого по m, вторые выводы каждого ключа с первого по и + 1 каждого переключателя с пер- вого по m соединены соответственно с каждым неинвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по m, выход соединен с инвертирующим входом каждого разрядного операционного усилителя с первого по m u с первым выводом каждого разрядного резистора с первого по m, вторые выводы каждого разрядного резистора с первого по m соединены с инвертирующим входом выходного операционного усилителя с первым выводом резистора обратной связи, второй вывод которого соединен с выходом выходного операционного усилителя и второй клеммой для подключения внешнего источника тока, второй вывод и-го резистора резистивного делителя соединен с вторым неподвижным контактом переключателя начального сопротивления, общей шиной и с первым выводом (п + 1)-го ключа. каждого переключателя с первого по m, третий неподвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен c дополнительным отводом резистивного делителя, подвижный контакт переключателя начального сопротивления соединен с неинвертирующим входом выходного операционного усилителя, первый выход источника питания соединен с первым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с первого по m и с первым входом питания выходного операционного усилителя, второй выход источника питания соединен с вторым входом питания каждого разрядного операционного усилителя с пер- вого по m и с вторым входом питания выход- . ного- операционного усилителя, третий выход источника питания соединен с общей шиной.

1775685

Составитель В.Федотов

Техред M.Ìîðråíòàë Корректор Н,Тупица

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагари л. 101

Заказ 4032 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раувская наб., 4!5