преобразователь напряжения

Формула изобретения

Преобразователь напряжения, содержащий делитель напряжения, вход которого является входом преобразователя, напряжения, а выход соединен с входом повторителя, выход которого является выходом преобразователя напряжения, отличающийся тем, что введены операционный усилитель, второй делитель напряжения и компенсирующий резистор, причем вход делителя напряжения соединен через компенсирующий резистор с выходом операционного усилителя и входом второго делителя, выход второго делителя напряжения соединен со вторым входом операционного усилителя, первый вход которого подключен к выходу делителя напряжения, а коэффициент деления второго делителя выбран больше коэффициента деления делителя.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых системах управления.

Известен делитель напряжения (См. книгу: У.Титце и К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника, Москва, Мир, 1982, стр.18, рис.2.9), содержащий два резистора, соединенных между собой и с выходом делителя, второй вывод первого резистора является входом делителя, а второй вывод второго резистора подключен к земле.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь напряжения (См.: AD7870/75/76.PDF Adobe Acrobat Document. ANALOG DEVICES, LC2MOS Complete, 12-BIT 100 kHz, Sampling ADCs, Fig 8, 2.04.2004 г.), содержащий делитель напряжения, вход которого является входом устройства, а выход делителя напряжения подключен через повторитель напряжения на операционном усилителе к выходу устройства.

Недостатком устройств является низкая точность передачи сигнала из-за малого входного сопротивления (при получении входного сигнала с высокорезистивных датчиков, особенно потенциометрических, выходное сопротивление которых изменяется от нуля до 0,25R, где R - сопротивление потенциометра).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности преобразования напряжения за счет увеличения входного сопротивления преобразователя напряжения.

Сущность изобретения состоит в том, что преобразователь напряжения содержит делитель напряжения, вход которого является входом преобразователя напряжения, а выход соединен со входом повторителя, выход которого является выходом преобразователя напряжения.

Новым в предлагаемом изобретении является введение второго делителя напряжения, операционного усилителя и компенсирующего резистора.

При этом вход делителя напряжения соединен через компенсирующий резистор с выходом операционного усилителя и входом второго делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом операционного усилителя, первый вход которого подключен к выходу первого делителя.

Коэффициент деления второго делителя напряжения берется больше чем первого, что обеспечивает напряжение на выходе ОУ, пропорционально большее, чем на входе первого делителя напряжения. Ток через компенсирующий резистор вычитается из входного тока первого делителя напряжения, резко повышая входное сопротивление преобразователя напряжения, источник сигнала разгружается и точность преобразования увеличивается.

На чертеже представлена схема преобразователя напряжения.

Преобразователь напряжения содержит делитель напряжения 1 (выполненный, например, на резисторах R₁ и R₂), повторитель 2, операционный усилитель (ОУ) 3, второй делитель напряжения 4 (выполненный, например, на резисторах R₃ и R₄ ) и компенсирующий резистор 5. Выход делителя напряжения 1 соединен с входом повторителя 2, выход которого является выходом преобразователя напряжения. Вход делителя 1, являющийся входом преобразователя напряжения, соединен через компенсирующий резистор 5 с выходом операционного усилителя 3 и входом второго делителя 4. Выход второго делителя 4 соединен со вторым входом операционного усилителя 3, первый вход которого подключен к выходу повторителя напряжения 1.

Преобразователь напряжения функционирует следующим образом.

На вход преобразователя напряжения поступает входное напряжение U (например, с потенциометрического датчика). На выходе делителя напряжения 1 устанавливается напряжение Uдел.1:

где R1 и R2 - это резисторы делителя напряжения 1.

Это напряжение поступает непосредственно на первый вход ОУ 3 и через повторитель 2 - на выход преобразователя напряжения.

Выходное напряжение ОУ 3 Uoy с учетом соотношения (1) составляет:

где R3 и R4 - это резисторы второго делителя напряжения 4.

Ток, потребляемый делителем 1, Iдел.1 равен:

Компенсирующий ток Iкомп через компенсирующий резистор 5 с учетом соотношения (2) составит:

где R5 - компенсирующий резистор 5.

Выбирая R3=(R1+R5), R4=R2 и подставляя в последнее выражение (4), получим:

т.е. Iдел.1=-Iкомп.

Таким образом, входной ток делителя напряжения 1 полностью компенсируется, входное сопротивление преобразователя напряжения увеличивается, выходное сопротивление источника сигнала на входе преобразователя напряжения не создает дополнительной погрешности и, следовательно, точность преобразования увеличивается.