SU1113754A1 - Многопредельный усилитель зар да - Google Patents

Abstract

1. МНОГОПРЕДЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий операционный усилитель , между инвертирующим входом и выходом которого включен ключ и через контакты первой и второй секций галетного переключател  подсоединено Л- масштабных конденсаторов, блок управлени , выход которого подключен к управл ющему входу ключа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  входного квазистатического зар да в выходное напр жение, в него введены источник опорного напр жени  и h потенциапозадающих резисторов с сопротивлени ми в диапазоне от единиц до сотен кштоомов, а переключа-тель вьшолнен с металлическими разделительными элементами, вмонтированными между неподвижными и подвижными изол ционными платами разноименных секций, причем потенциальный вход источника опорного напр жени  подключен к выходу операционного усилител , синхронизирующий вход - к выходу блока управлени , а выходной вывод соединен с клеммой дл  подключени  одного из электродов датчика входного сигнала , экранирующей оплеткой соединительного кабел  между инвертирующим вхо-г дом операционного усилител  и клеммой дл  подключени  другого электрода датчика входного сигнала, метеллическими разделительными элементами переключател  и через потенциале- с § задающие резисторы - с обкладками (О масштабных конденсаторов, расположенными со стороны второй секции переключател . 2. Усилитель по п.1, отличающийс  тем, что источник опорного напр жени  выполнен в виде  чейки пам ти с входным дифференциальным усилителем, запоминающим конденОд сатором, подключенным к выходу диффе О1 ренциального усилител  через ключ с синхронизирующим входом, и выход4 ным повторителем напр жени .

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначе но дл  использовани  при согласоваНИИ пьеэозлектрических кварцевыз датчиков с регистрирующими прибо рами, а также при реализации измерительных интеграторов входного ток и микроамперного диапазона с временем регистрации пор дка нескольких минут. Известен многопредельньш усилитель зар да, содержап1ий операционньй усилитель, между инвертирующим вход и выходом которого включен ключ, и через контакты переключател , рас положенные со стороны выхода усилител , подсоединено Л масштабных конденсаторов, блок управлени , выход которого подключен к управл юще му входу ключа Г11 . Недостаток известного устройства заключаетс  в большой погрешности преобразовани  входного квазистатического зар да в выходное напр жение , вызванной паразитной проводимостью изол ционной платы переключа тел  и, следовательно, подключением через соответствуюцще участки этой платы нерабочих масштабных конденса торов параллельно рабочему с парази ным разр дом последнего, увеличиваю щимс  с течением времени. Наиболее близким к изобретению  вл етс  многопредельный усилитель зар да, содержащий опера11;ионньй усилитель, между инвертирующим вход и выходом которого включен ключ, и через контакты первой и второй секций галетного переключател  подсоед нено V-1 масштабных конденсаторов, блок управлени , выход которого под ключей к управл ющему входу ключа { В указанном устройстве обкладки всех масштабных конденсаторов имеют двустороннюю гальваническую разв зк от операционного усилител , благода р  чему шунтирование рабочего конденсатора происходит параллельно подключеннь&м 5С-цепочками, образованными нерабочими конденсаторами и сопротивлени ми изол ции участков как первой, так и второй секций переключател . Это обеспечивает существенное увеличение эквивалентного сопротивлени  в каждой С -цепочке и снижение скорости паразитно го разр да рабочего конденсатора, Однако в случае измерени  квазистатического зар да, в особенности npi; 1змер1П е,11ьно-регисГри7ую1дем процессе ,; превы1 1 1 о:цем несколько дес тков секунд, а также при работе усилител  в режиме интег-рировани  малых входных TOKua либо на стадии запоми нани  (хранени ) результата интегрировани  , уровенг-, искажений выходного , обуслоп.чеши-гх паразитным перезар дом рабочего конденсатора на нерабочиеJ оказываетс  ощутимым вследствие конечной проводимости изол ционных плат переключател . Целью изобретени   вл етс  повы шение точности преобразовани  входного квазистатического зар да в выходное напр жение, Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многопредельный усричитель зар да , содержапщй операционный усилитель , между инвертируюпщм входом и выходом которого включен ключ и через контакты первой и второй секций галетного переключател  подеое-, динено п масштабньЕх конденсаторов блок управлени , выход которого подключен к управл ющему входу ключа, введены источник опорного напр жени  и п, потен1Ц4алозадающих резисторов с сопротивлени ми в диапазоне от единиц до сотен килоомов, а переключатель выполнен с металлическими разделительными элементами, вмонтированными между неподвижггыми и подвижнь ш изол ционными платами разноименHF )ix секций; причем потенциальный вход источника опорного напр жени  подключен к выходу операционного yci-шител 5 синхронизирующий вход - к выходу блока управ хени , а выходной в 1гзод соединен с клеммой дл  подключени  одного из электродов датчика входного сигналаS экранирующей оплеткой соединительного кабел  между инвертируюгдим входом операционного усилител  и клеммой дл  подключени  другого электрода датчика входного сигнала, разделительными металлическими элементами переключател  и через потенциапозадаюшие резисторы - с об1-;ладкаt-ni масштабных конденсаторов, расположенными со стог/оны второй секции переключател  , Кроме того, источник опорного напр жени  выполнен в виде  чейки пам ти с входным дифференциальным у си ли,телем . запоминающим конденсатором, подключенным к выходу дифференциального усилител  через ключ с синхро3 низирующим входом, и выходным повторителем напр жени . На фиг.1 представлена функциональ на  схема предложенного многопредель ного усилител  зар да; на фиг,2 предпочтительна  конструкци  (в функ циональном изображении) использованного в устройстве источника опорного напр жени . Многопредельный усилитель зар да реализован по схеме интегратора тока и содержит операционный усилитель 1 (фиг.1), ключ 2, двухгалетный переключатель 3 с сек1щ ми, состо щими из неподвижных 4,5 и подвижных 6,7 контактов, неподвижных 8,4 и подвижных 10, 11 изол ционных плат, и с ме таллическими разделительными элемент ми 12,13, вмонтированными между плат ми 8 и 9, 10 и 11,г масштабных конденсаторов 14,п потенциалозадающих резисторов 15 с сопротивлени ми в диапазоне от единиц до сотен килр7 ом, потенциометр 16, включенный межд полюсами двухпол рного вспомогательного источника питани  и служащий дл задани  желаемого начального уровн  напр жени  на выходе операционного усилител  1, блок 17 управлени , источник 18 опорного напр жени  с вход ным потенциальным выводом 19, входны синхронизирующим выводом 20 и выходным выводом 21, Клеммы 22,23 слзокат дл  подключени  электродов датчика входного сигнала (показан пунктиром) а клеммы 24,25 - дл  подключени  нагрузки. Ключ 2 включен между инвер тируюпщм входом и выходом операционного усилител  1 непосредственно, а масштабные конденсаторы 14 подсоединены через контакты 4 и 6 и 5 и 7 секций переключател  3. Выход блока 17 управлени  подключен к управл ющему входу ключа 2. Потенциальный вход (вывод 19 - шина нулевого потенциала) источника 18 опорного напр жени  подключен к выходу операционного усилител  1, синхронизирующий вход (вывод 20 - шина нулевого потенциала) - к выходу блока 17 управлени , а выходной вывод 21 соединен с клеммой 22 дл  подключени  одного из электродов датчика входного сигнала, экранирующей оплеткой соединительного кабел  между инвертирующим входом операционного усилител  1 и клеммой 23 дл  подключени  другого электрода датчика входного сигнала, металлическими раз 544 делительными элементами 12,13 переключател  3 и через потенци .позацающне резисторы 15 - с обкладкаю масштабных конденсаторов 14, расположенными со стороны секции переключател  3 с контактами 5,7, Выход потентдаометра 16 подключен к неинвepтиpyющe ry входу операционного усилител  1. Источник 18 опорного напр жени  выполнен в виде  чейки пам ти (блока выборки-хранени ) с входным дифференциальны { усилителем 26 (фиг, 2), запоминающим конденсатором 27, подключенным к выходу дифференциального усилител  26 через ключ 28, и выходным повторителем 29 напр жени . Работа устройства происходит следующим образом. Предварительно осуществл етс  выбор нужного предела преобразовани  с помощью переключател  3,. В исходном положении ключ 2 находитс  в замкнутом состо нии, в результате чего выходное напр жение устройства, напр жение на инвертипующем входе операционного усилител  1 и напр жение на выходе источника 18 опорного напр жени  оказываютс  равными выходному напр жению потенциометра 16с точностью собственного напр жени  начального смещени  операционного усилител  1 и его температурного дрейфа. Все масштабные конденсаторы 14 оказываютс  раз р же HHBIMI-I, Измерительна  стади  работы усилител  зар да начинаетс  с момента размыкани  ключа 2 по переднему фронту импульса, вырабатываемого блоком 17управлени  и поступающего на синхронизирующие входы ключа 2 и источника 18 опорного напр жени . До начала поступлени  входного зар да или тока с датчика входного сигнала напр жение на выходе устройства остаетс  посто нным, так как опорное напр жение источника 18 сохран етс  равным начальному выходному напр жению усилител  зар да. Поэтому благодар  нулевой разности потенциалов между клеммой 23 и мeтaлличecки п разделительными элементами 12,13 переключател  3 ток во входной цепи усилител  зар да равен нулю, несмотр  на конечную величину .сопротивлени  изол ции плат 8-11 переключател  3 и сопротивлени  изол ции масштабных конденсаторов 14 (операционный усилитель 1, имеющий электрометрический входной каскад, можно прин ть идеаль ным) . С началом нагружени  датчика вход ного сигнала под действием входного напр жени  и Ueic вырабатываемый зар д Qn , поступающий на инвертирующий вход операционного усилител  1, компенсируетс  зар дом рабочего масштабного конденсатора 14 с емкостью Сщ , так, что напр жение д Uebix сигнала на выходе устройства оказываетс  равным iUawx --Йсу/Си . При этом потенциал клеммы 23 и потенциал обкладок нерабочих масштабных конденсаторов 14 со стороны секции переключател  3 с контактами 5,7 получают незначительное приращение Д UHI , не превышающее, например tO, 1 мВ при uUeHy 5 В. Возникшие приращени  л Dm мгновенно передают с  через нерабочие масштабные конденсаторы 14 на соответствующие нерабочие контакты 4 изол ционной платы 8 переключател  3. В результате этого на плате 8 между рабочим и нерабочими контактами 4 образуетс  несколько участков с индивидуальной разностью потенциалов Между металлическими разделительными элементами 12,13 и соответственно рабочим 4 и подвижным 6 контактами образуютс  участки с разностью пртен циалов -дИб, Малость указанных разностей потенциалов обуславливает относительнс небольшую скорость паразитного изменени  выходного напр жени . По окончании процессов измерени  и регистрации ключ 2 переводитс  в замкнутое состо ние дл  разр дки масштабных конденсаторов 14 и осуществлени  очередной коррекции напр жени  источника- 18. Предлагаема  схема (фиг.1) в сочетании с исполнением источника 18 опорного напр жени  (фиг.2) обеспечивают автоматическое регулирование уровн  опорного напр жени , ув занное с режимами работы ключа 2. Вслед за замыканием ключа 2 по команде блока 17 управлени  замыкаетс  t ключ 28 и производитс  подключение запоминающего конденсатора 27 к выходу дифференциального усилител  26. В итоге опорное напр жение источника 18 формируетс  в точности равным начальному выходному напр жению устройства. Непосредственно перед началом измерени  блоком 17 управлени  осзтдествл етс  размыкание ключей 2,28 и отключение запоминающего конденсатора 27 от дифференциального усилител  26. Предложенное устройство обеспечивает по сравнению с известными повьш1енную точность преобразовани  входного квазистатического зар да в вькодное напр жение. При реализац ии п типредельного усилител  зар да и при выборе наименьшей емкости масштабного конденсатора 14, равной ЮООпф , погрешность преобразовани  составл ет менее 1% дл  минутного интервала измерени .

L / J

8

w

КХ//Х/ ХХХХХХ/ХХХ/УХу|

/J . /

o-CZH-о

f6

24 I-о

25 с

си

20

22)

2t

18

0

и

Claims (2)

1. МНОГОПРЕДЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ЗАРЯДА, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен ключ и через контакты первой и второй секций галетного переключателя подсоединено И- масштабных конденсаторов, блок управления, выход которого подключен к управляющему входу ключа, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования входного квазистатического заряда в выходное напряжение, в него введены источник опорного напряжения и И потенциалозадающих резисторов с сопротивлениями в диапазоне от единиц до сотен килоомов, а переключа-. тель выполнен с металлическими разделительными элементами, вмонтирован ными между неподвижными и подвижными изоляционными платами разноименных секций, причем потенциальный вход источника опорного напряжения подключен к выходу операционного усилителя, синхронизирующий вход - к выходу блока управления, а выходной вывод соединен с клеммой для подключения одного из электродов датчика входного сигнала, экранирующей оплеткой соединительного кабеля между инвертирующим вхо-г дом операционного усилителя и клеммой для подключения другого электрода датчика входного сигнала, метеллическими разделительными элементами переключателя и через потенциало-с § задающие резисторы - с обкладками ‘ масштабных конденсаторов, расположенными со стороны второй секции переключателя.

2. Усилитель по п.1, о т л и — чающийс я тем, что источник опорного напряжения выполнен в виде ячейки памяти с входным дифференциальным усилителем, запоминающим конден* сатором, подключенным к выходу дифференциального усилителя через ключ с синхронизирующим входом, и выходным повторителем напряжения.

< 111