SU871082A1 - Current to voltage converter - Google Patents

Description

((54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОК-НАПРЯЖЕНИЕ((54) CURRENT-VOLTAGE CONVERTER

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике, а именно к измерительным преобразовател м,ток-напр жение , и может быть использовано в источниках напр жени  и тока в устройствах дл  измерени  параметров электронных приборов. Наиболее близок к предлагаемому преобразователь ток-напр жение,содержашщй повторитель выходного напр жени , выходом соединенный с выводом выходного потенциала устройства, измерительный повторитель напр жени , выходом соединенный с вьшодом измерительного потенциала устройства, и каскады, количество которых равно чис лу .поддиапазонов преобразовани , каждый из которых состоит из силового ключа, соединенного входом с токовым входом устройства, формировател  компенсирующего сигнала, образцового резистора и нелинейного элемента, который включен между первым выводом образцового резистора и выводом соединени  выходов упом нутых силового ключа и формировател  компенсирующего сигнала, а второй выход образцового резистора подключен к токовому выходу устройства и входу повторител  выходного напр жени . Кроме того, вывод соединени  нелинейного элемента и первого вывода образцового резистора каждого каскада через измерительный ключ подключен ко входу измерительного повторител  напр жени  Cl 1. Недостатком известного преобразовател   вл етс  то, что к цеп м образцовых резисторов подкгоочены измерительные ключи, токи утечки которых снижают точность преобразовани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  путем уменьшени  количества вспомогательных цепей, подключаемых к образцовым резисторам . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь ток-напр жение содержащий повторитель выходного на-The invention relates to electrical measuring equipment, namely, to measuring transducers, current-voltage, and can be used in sources of voltage and current in devices for measuring parameters of electronic devices. Closest to the proposed current-voltage converter, which contains an output voltage repeater, an output connected to the output potential of the device, a measuring voltage repeater, an output connected to the output of the measuring potential of the device, and cascades whose number is equal to the number of conversion ranges, each of which consists of a power switch connected by an input to a current input of the device, a compensating signal generator, an exemplary resistor and a nonlinear element, tory connected between the first terminal of the resistor and the terminal of exemplary compounds of outputs of said power key and the compensating signal shaper, and the second output exemplary resistor connected to the current output device and the input of the repeater output voltage. In addition, the output connection of the nonlinear element and the first output of the sample resistor of each stage through the measuring switch is connected to the input of the measuring voltage follower Cl 1. A disadvantage of the known converter is that the measuring switches are connected to the circuits of the reference resistors, the leakage currents of which reduce the accuracy of conversion . The aim of the invention is to improve the conversion accuracy by reducing the number of auxiliary circuits connected to the sample resistors. The goal is achieved by the fact that a current-voltage converter containing an output voltage repeater

пр жени , выходом соединенный с выводом выходного потенциала преобразовател , измерительньш повторитель напр жени , выходом соединенный с выводом измерительного потенциала преобразовател , и каскады, количество которых равно числу поддиапазонов преобразовани , каждый из которых состоит из силового ключа, соединенного входом с токовым входом преобразовател , формировател  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 соединени  выходов упом нутых силового ключа и формировател  компенсирующего сигнала, а второй вывод образцового резистора только одного первого каскада самого старшего поддиапазона преобразовани  подключен к токовому выходу устройства и входу повторител  выходного напр жени , введен управл емый делитель напр жени , который первым входом соединен с выходом повторител  выходного напр жени , вторым входом соединен с выходом измерительного повторител  напр жени  и входом формировател  компенсирующего сигнала последнего каскада самого младшего поддиапазона преобразовани , а вход каждого формировател  компенсирзшзще- го сигнала остальных каскадов соединен с одним из выходов управл емого делител  напр жени , причем вывод образцового резистора второго каскада первого младшего поддиапазона преобразовани  соединен с выводом соединени  первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом первого каскада самого старшего поддиапазона преобразовани , а второй вывод Образцового резистора каждого последующего каскада следующего младшег поддиапазона преобразовани  соединен с выводом соединени  первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом предыдущего каскада предшествующего старшего поддиапазона преобразовани . При этом вывод соединени  первого вывода образцового резистора с нелинейным элементом последнего каскада самого младшего поддиапазона преобразовани ,соединен со входом измерительного повторите;, напр жени . На чертеже представлена схема преобразовател . a voltage output connected to the output potential of the converter, a measuring voltage follower, an output connected to the output potential of the converter, and cascades, the number of which is equal to the number of conversion subbands, each of which consists of a power switch connected by the input to the current input of the converter; compensating signal, reference resistor and non-linear element, which is connected between the first output of the reference resistor and non-linear element, cat The first is connected between the first output of the reference resistor and the output connection of the outputs of the aforementioned power switch and a compensating signal generator, and the second output of the reference resistor of only one first stage of the most senior conversion subband is connected to the current output of the device and the output of the output voltage follower, a controlled voltage divider is inserted the first input is connected to the output of the output voltage repeater, the second input is connected to the output of the measuring voltage repeater and the input of the compensating signal generator of the last stage of the lowest transformation subband, and the input of each generator of the compensation signal of the remaining cascades is connected to one of the outputs of the controlled voltage divider, and the output of the sample resistor of the second cascade of the first lower conversion subrange is connected to the output connection of the first output sample a resistor with a non-linear element of the first stage of the highest conversion subband, and the second output of the Exemplary Resistor The mouth of each successive cascade of the next lower transform subband is connected to the output of the connection of the first output of the reference resistor with the nonlinear element of the previous cascade of the preceding upper transform subband. At the same time, the output of the connection of the first output of the reference resistor with the nonlinear element of the last stage of the lowest subrange of the conversion, connected to the measuring input, repeat; voltage. The drawing shows a diagram of the Converter.

Преобразователь ток-напр жение содержит повторитель выходного напр жени  , измерительный повторитель 2 напр жени , первый каскад 3 самого старшего поддиапазона преобразовани , второй каскад 4 первого младшего поддиапазона преобразовани , предпоследний каскад 5 предпоследнего младшего поддиапазона преобразовани , последний каскад 6 самого младшего поддиапазона преобразовани , и управл емый делитель 7 напр жени . Каскады 3,4, 5 и 6 состо т из формировател  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.The voltage converter contains an output voltage follower, a measuring voltage follower 2, a first cascade 3 of the highest conversion subband, a second cascade 4 of the first lower conversion subrange, the penultimate cascade 5 of the last but one lower conversion subrange, the last cascade 6 of the lowest transformation subrange, and controlled divider 7 voltage. The cascades 3, 4, 5, and 6 consist of a generator 8 of a compensating signal and a series-connected power switch 9, a nonlinear element 10, and an exemplary resistor 11. At the same time, the inputs are strength. the keys of 9 stages 3-6 are interconnected and connected to the current input 12 of the device, and the outputs, respectively, in each stage are connected to the outputs of the compensating signal formers 8 and, through nonlinear elements 10, to the first terminals of the exemplary resistors 11.

Второй вывод резистора 11 первого каскада самого старшего поддиапазона преобразовани  подключен к токовому выходу 13 устройства и входу повторител  выходного напр жени  1, выход которого соединен с выводом 14 выходного потенциала и первым входом управл емого делител  7 напр жени . Второй вывод резистора 11 второго каскада 4 первого младшего поддиапазона преобразовани  соединен с выводом соединени  первого вывода резистора I1 с нелинейным элементом 10 первого каскада 3 самого старшего поддиапазона преобразовани . Аналогично, второй вывод резистора 11 каждого последующего каскада следующего младшего поддиапазона преобразовани  соединен с выводом соединени  первого вьюода резистора 1 1 с нелинейным элементом 1,0 предьщущего каскада предшествующего старшего поддиапазона преобразовани ,The second output of the first cascade resistor 11 of the highest conversion subband is connected to the device’s current output 13 and the output voltage follower input 1, the output of which is connected to the output potential terminal 14 and the first input of the controlled voltage divider 7. The second terminal of the resistor 11 of the second stage 4 of the first lower subband of the conversion is connected to the terminal of the connection of the first terminal of the resistor I1 with the nonlinear element 10 of the first stage 3 of the most senior subband of the conversion. Similarly, the second output of the resistor 11 of each subsequent stage of the next lower conversion subband is connected to the output of the connection of the first view of the resistor 1 1 with the nonlinear element 1.0 of the previous cascade of the preceding higher conversion subband,

Вывод соединени  первого вывода резистора I1 с нелинейным элементом 10 последнего каскада 6 самого млад50 щего поддиапазона преобразовани  соединен со входом измерительного повторител  напр жени  2, выход которого соединен с выводом 15 измерительного потенциала, ее вторьт входом управл емого делител  напр жени  7 и со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 последнего каскада 6. Делитель 7 выходом 16 соединен со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 каскада 3, выходом 17 - со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 каскада 4, а выходом 18 - со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 каскада 5. Формирователь 8 выполнен на усилителе 19 с резистором 20 в цепи отрицательной обратной св зи, который работает в качестве повторител  напр жени  с ограничением выходного тока . Нелинейный элемент 10 выполнение двух диодах 21 и 22, включенных параллельно и встречно друг другу. Преобразователь ток-напр жение 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, образующийс  на токовом выходе, повтор етс  повторителем выходного напр жени  1 и поступает на вывод выходного потенциала 14 и первый вход управл емого делител  напр жени  7. Электрический потенциал, образующийс  на выводе соединени  первого вы вода резистора I1 с нелинейным элемен том 10 каскада 3,через обра зцовые резисторы 9 каскадов 4-6 и измерительный повторитель напр жени  2 поступает на вывод измерительного потенциала 15, вход формировател  компенсирующего сигнала 8 каскада 6 и на второй вход управл емого делител  напр жени  7. В том случае, когда выбранным поддиапазоном  вл етс  каскад 3, управл емый делитель напр жени  7 на своих выходах 17 и 18 поддерживает потенциал , равный потенциалу, поступающему на его второй вход. Пр)  этом в кас кадах 4-6 невыбранных поддиапазонов формирователи компенсирующего сигнала 8 поддерживают на нелинейных элементах 10 разность потенциалов не более единиц мВ, определ емую нестабильностью нулевого уровн  повторителей напр жени  с ограничением выходного тока , на которых они выполнены, нестабильностью нулевого уровн  измеритель ного повторител  напр жени  2, а дл  каскадов 4 и 5 - еще и неточностью 2 задани  и нестабильностью поддержани  напр жени  на выходах 17 и 18 управл емого делител  напр жени . Ток, проход щий 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 определ етс  значением сопротивлени  нелинейного элемента 10, достигающего значений 10®0м и более в режиме малых разностей потенциалов, приложенных к его выводам. Таким образом , нижний предел диапазона преобразовани  ограничиваетс  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 повторител  выходного напр жени  1 и измерительного повторител  напр жени  2, суммарна  величина которых значительно меньше одного нА. Ввиду того, что формирователь компенсирующего сигнала 8 каскада 3 выбранного поддиапазона преобразовани  при открытом силовом ключе 9 не вли ет на работу устройства, на первом выходе 16 управл емого делител  напр жени  7 может устанавливатьс  любой промежуточный потенциал в диапазоне потенциалов, поступающих на входы делител . 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 преобразовани . Кроме того, управл емый делитель напр жени  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 преобразовани , а на тех своих выходах, которые соединены со входами формирователей компенсирующего сигнала всех предыдущих каскадов старших, по отношению к выбран-The output of the connection of the first output of the resistor I1 with the nonlinear element 10 of the last cascade 6 of the youngest 50th conversion subband is connected to the input of the measuring voltage follower 2, the output of which is connected to the output 15 of the measuring potential, its second input of the controlled voltage divider 7 and to the input of the compensator signal 8 of the last stage 6. Divider 7 output 16 is connected to the input of the compensator of the compensating signal of 8 of the cascade 3, output 17 - to the input of the compensating signal of the 8 kass 4 and output 18 with the input of the compensating signal generator 8 of the cascade 5. Shaper 8 is configured on an amplifier 19 with a negative feedback resistor 20 that works as a voltage follower with output current limiting. The nonlinear element 10 is the implementation of two diodes 21 and 22 connected in parallel and opposite to each other. The current-voltage converter operates as follows. In cascade 3 of the selected subrange, the power switch 9 is open, and in cascades 4-6 of the unselected subranges, the power switches are closed. An electrical current to the Current input 12, through the open power switch 9, the nonlinear element 10 and the exemplary resistor 11 of the cascade 3 of the selected sub-band, goes to the current output 13. The electric potential formed at the current output is repeated by the repeater of the output voltage 1 and goes to output of the output potential 14 and the first input of the controlled voltage divider 7. The electric potential formed at the output of the connection of the first output of the resistor I1 with the nonlinear element 10 of the cascade 3, through the sample resistors 9 ka 4-6 and the measuring voltage follower 2 is fed to the output of the measuring potential 15, the input of the compensator of the compensating signal 8 of the cascade 6 and the second input of the controlled voltage divider 7. In the case when the selected sub-band is the cascade 3, the controlled divider Voltage 7 at its outputs 17 and 18 maintains a potential equal to the potential arriving at its second input. In this case, in cascades 4–6 unselected subbands, the drivers of the compensating signal 8 support nonlinear elements 10 potential differences of not more than mV, which is determined by the instability of the zero level of voltage followers with limited output current on which they are made, the instability of the zero level of the measuring voltage voltage follower 2, and for cascades 4 and 5, also inaccuracy of 2 tasks and the instability of voltage maintenance at outputs 17 and 18 of the controlled voltage divider. The current passing through the nonlinear elements 10 into the circuit of exemplary resistors 11 and further to the current output 13 of the device does not depend on the leakage currents of the power switches 9 stages 4-6 unselected subbands, but is determined by the resistance value of the nonlinear element 10 reaching values of 10® 0m and more in the mode of small potential differences applied to its conclusions. Thus, the lower limit of the conversion range is limited only by the leakage current through the nonlinear element of 10 cascades 4-6 unselected subranges, which does not exceed units nA when a potential difference of several mV is applied to the nonlinear elements, and the input voltage of the repeater output voltage 1 and the measuring repeater 2, the total value of which is significantly less than one nA. Since the driver of the compensating signal 8 of the cascade 3 of the selected conversion subband with the open power switch 9 does not affect the operation of the device, any intermediate potential in the potential range supplied to the divider inputs can be set at the first output 16 of the controlled voltage divider 7. In this case, the driver of the compensating signal 8 of the cascade 3 operates in the overload mode. When other subbands are selected, the converter operates in the same way, with the only difference that the converted current flows both through the exemplary resistor 11 of the cascade of the selected subband and through the resistors of the 11 cascades of all higher transformations with respect to the selected one. In addition, the controlled voltage divider 7 sets a potential equal to the potential arriving at its second input at those outputs that are connected to the inputs of the formers of the compensating signal of all subsequent lower stages, with respect to the selected conversion subbands, and at those outputs, which are connected to the inputs of the formers of the compensating signal of all previous stages of the senior ones, with respect to the selected

ному, поддиапазонов преобразовани , управл емый делитель напр жени  устанавливает потенциалы, равные потенциалам на первых выводах соответствующих образцовых резисторов этих каскадов , которые образуютс  от протекани  через них преобразуемого тока.In addition to the conversion subbands, the controlled voltage divider sets potentials equal to the potentials at the first terminals of the respective exemplary resistors of these stages, which are formed from the flow of the converted current through them.

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 преобразовани  и каскада 3 старшего, по отношению к выбранному, поддиапазона преобразовани . На выходе 18 управл емого делител  напр жени  7, который соединен со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 последующего каскада 5 младшего , по отношению к выбранному, поддиапазона преобразовани , устанавливаетс  потенциал, равный потенциалу, поступающему на второй вход управл емого делител  напр жени  7. На выходе 16 делител  7, который соединен со входом формировател  компенсирующего сигнала 8 предьщущего каскада 3 младшего, по отношению к выбранному, поддиапазона преобразовател , устанавливаетс  потенциал, равный потенциалу на первом выводе резистора 11 каскада 3, который образуетс  на этом резисторе от протекани  через него преобразуемого тока.For example, if in the cascade 4 of which subband is open, the power switch 9 is open, then in the cascades of 3, 5 and 6 unselected subranges the power switches are closed. The current to be converted flows through the resistors 11 of the cascade 4 of the selected conversion subband and the cascade 3 of the highest conversion relative to the selected one. The output 18 of the controlled voltage divider 7, which is connected to the input of the compensating signal generator 8 of the subsequent cascade 5 lower, with respect to the selected conversion sub-band, sets a potential equal to the potential supplied to the second input of the controlled voltage divider 7. The output 16 divider 7, which is connected to the input of the driver of the compensating signal 8 of the previous cascade 3 youngest, with respect to the selected subband of the converter, a potential equal to the potential is established at the first terminal of resistor 11 stage 3, which is formed on this resistor from the flow therethrough of the converted current.

Ввиду того, что формирователь компенсирующего сигнала В каскада 4 выбранного поддиапазона преобразовани  при открытом силовом ключе 9 не вли е на работу устройства, на выходе 17 управл емого делител  напр жени  7 может устанавливатьс  любой промежуточньй потенциал в диапазоне потенциалов поступающих на его входы.Since the driver of the compensating signal in the cascade 4 of the selected conversion subband with the open power switch 9 does not affect the operation of the device, any intermediate potential in the potential range supplied to its inputs can be set at the output 17 of the controlled voltage divider 7.

Введение в преобразователь токнапр жение управл емого делител  напр жени  позвол ет 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 преобразовани .The introduction of a controlled voltage divider into the voltage converter allows the number of auxiliary circuits connected to the reference resistors to be reduced, i.e. reduce by about two times the total value of the leakage currents of these circuits, and thereby increase the conversion accuracy.

Claims (1)

1. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2437785/18-21, кл. G 01 R 19/00, 1977 (прототип1. USSR author's certificate in application number 2437785 / 18-21, cl. G 01 R 19/00, 1977 (prototype