книги / Цифровые измерительные преобразователи и приборы

ние напряжения Ua также большее или равное 0,1 UKmax. Но это возможно^только, если в третьей декаде будет 11 резисторов R3 — в этом

случае ^ /• UR3= IR 3=Q,W Kmax-

При расчете схемы исходят из следующих соображений. Значение R3 выбирают из условия достаточно большого общего входного сопро­ тивления схемы с целью уменьшения влияния переходных контактных сопротивлений. В данном примере принято R3 = 1000 ом.

Рис. 2.11. Схема мостового делителя р двойными декадами

0,01 UKmax в пределах от 0 до 0,1 UKmax. Значит, вторая декада должна

/,10Д2={у/-0,11Я3.Ю=//?з,

то, чтобы в исходном состоянии выполнялось равенство Ux= (/2, после­ довательно со второй декадой надо включить добавочное сопротив-

Выходное сопротивление делителя определяется из эквивалентной схемы. После простейших преобразований получим

С .х = щ[!331 +13,43Iû>,2 + 2,42a/,i — Ю(^з“"0,2а/,2 + 0,02а/ц) —

Можно показать, что для данного делителя /?вых достаточно велико и приблизительно постоянно, что является одним из основных преиму­ ществ мостового делителя. К другим его преимуществам следует отне­ сти малое влияние переходных контактов сопротивлений и паразит­ ных э. д. с., поскольку они входят только в цепь основного рабочего тока, обычно имеющую достаточно большое Rnx.Существенными недо­ статками являются отсутствие общей шины у UKи £ 0, а также необхо­ димость значительного усложнения схемы для увеличения числа раз­ рядов делителя более трех.

Двоичные и тетрадно-десятичные последовательные делители.

В этом случае по принципу образования кода (суммирование разряд­ ных коэффициентов) можно использовать только контактные или бес­ контактные реле Р (а не шаговые искатели) и нельзя применять способ шунтирования декад. Поэтому такие делители строят на основе двойных последовательно соединенных цепочек резисторов для всех разрядов. Разница между двоичным и тетрадно-десятичным делителями заклю­ чается только в подборе номиналов резисторов по соответствующему ряду. Для двоичной системы резисторы подбирают по ряду /?0 (2°.+ 21+ + 22 + ...), а для тетрадно-десятичной — по ряду, например R0(2® + 2г+ + 21 + 22; 2°-10 + 2М 0 + 2М 0 + 2М 0...).

Схема тетрадно-десятичного делителя на три десятичных разряда приведена на рис. 2.12. Двоичный делитель на три десятичных разряда имел бы 10 двоичных разрядов, т. е. 10 резисторов с номиналами от /?0-2° до RQ-29 = 512 R0.

Для цифровых мостов используют не делители напряжения, а магазины резисторов. Поэтому, например, в двоичной и тетрадно­ десятичной системах достаточно Только одного ряда резисторов схемы, показанной на рис. 2.12. Построение десятичных магазинов резисторов выполняют' аналогично.

При наборе {/к, соответствующего заданному коду, разрядные реле Р расшунтируют нужный резистор в нижнем ряду и зашунтируют ана­ логичный резистор в верхнем ряду так, что рабочий ток / в цепи дели­ теля будет постоянным. Соответственно постоянным является и вход-

ное сопротивление Rux такого делителя, определяемое суммой номина­

лов резисторов в одном ряду.

/

Рис. 2.12. Схема тетрад но-десятичного последовательного делителя

Для двоичного делителя

и все разрядные резисторы в нижнем ряду зашунтированы контактами реле. Следовательно, UK= 0. Цифровой код в делитель вводится в ре­ зультате срабатывания соответствующих реле при подключении их к источнику питания. При параллельном вводе питание подводят ко всем нужным реле одновременно. На рис. 2.12 показан более употре­ бительный в ЦИП последовательный во времени ввод цифрового кода. Для этого используют распределитель бесконтактный или контактный

(например, шаговый искатель ШИ, как показано для упрощения ри­ сунка). Нужные реле срабатывают и блокируются (схема блокировки не показана). При срабатывании любого реле в нижнюю цепь вво­ дится, а из верхней'выводится соответствующий разрядный резистор так, что общее сопротивление делителя по отношению к источнику Е0 остается постоянным.

Если сумма сопротивлений, введенных в нижнем ряду RN = NR0,

Для тетрадно-десятичного делителя аналогично получим

В этом случае для удобства получения десятичного отсчета в об­ щую цепь делителя обычно включают общий добавочный резистор R0 (показан пунктиром на рис. 2.12) так, чтобы получить Nmsx = 1000, т. е. кратное 10.

Так как введение кода числа N' соответствует введению в нижнюю цепь делителя сопротивления RN = NR0, то для двоичных и для тет­

т. е. обращается в нуль при N = 0 и N — Nmax и имеет максимум, равный 0,257?вх при N = 0,5Wmnx.

Погрешность Ар коэффициента передачи последовательного дели­ теля зависит от параметров его элементов (остаточные э. д. с. и токи, переходные контактные сопротивления иля сопротивления ключей,

неточности изготовления отдельных резисторов и т. п.). Для каждого pj из этих параметров максимальная погрешность [7]

т

2) рц

где pji — значение паразитного параметра в /-м разряде; т — количество разрядов делителя;

pj0 — общее значение соответствующего параметра делителя (Е0,

Я вх, # вы х И Т; п . ) .

В общем случае отдельные составляющие общей погрешности по­ следовательных делителей могут суммироваться, т. е.

Суммирование погрешностей отдельных разрядов также относится к одному из существенных недостатков последовательных дискретных делителей.

Приближенные параллельные дискретные делители

Приближенные параллельные делители более просты по схеме, чем точные и вместо переключателей в них можно использовать обыч­ ные ключи. Однако они обладают структурной погрешностью, т. е.

Рис. 2.13. Схема десятичного делителя Умаицева

отклонением фактического коэффициента передачи делителя от требуе­ мого, определяемой самой структурой схемы делителя, значение ко­ торой должно предварительно рассчитываться. Чаще такие делители строят по двоичной или тетрадно-десятичной системе счисления, явля­ ющейся в данном случае (суммирование токов) наиболее естественной.

Десятичный делитель В. С. Уманцева. Обычно в таких делителях для снижения структурной погрешности старшие разряды строят по последовательной схеме, а младшие — по параллельной.

Схема трехразрядного десятичного делителя Уманцева дана на рис. 2; 13, где в третьем (старшем) и втором разрядах использованы двойные декады.

Верхняя половина декады II является одновременно и декадой /, так как по ней может протекать сумма токов /2 + Iv Добавочные со­ противления Ru и Ri выбирают так, чтобы R\ Ru и /ь = 0,1 /2. Тогда, обозначив /?2*0,1/2 = и0— напряжение, равное одной ступени младшего (первого) разряда, можно записать:

U r= a j a R ^ I x = a k lR i •0,1/ 2= a klu 0;

U2—tyiyRv,12—

^3==flfr8^3^3==flft3^3 (Л.“Ь

Для третьего '(старшего) разряда должно быть

Необходимые значения добавочных сопротивлений Ri и Ru и э. д. с. опорного источнйка Е0 определяют, задавшись допустимым значе­ нием структурной погрешности схемы за счет шунтирующего дейст­ вия тока 1г.

Входное сопротивление делителя

Явх ^ 107?з+ 9/г,+ Яп = - т т г + Л ь

а приближенное значение выходного сопротивления подсчитывается так же, как для двухразрядного десятичного делителя с двойными де­ кадами.

Использование в качестве десятичного делителя схемы Уманцева позволяет сократить число резисторов, особенно в случае дальнейшего увеличения количества младших разрядов, для чего нужны только дополнительные шунтирующие токовые цепи. Однако необходимость выдерживания на заданном уровне структурной погрешности (путем увеличения Ri и Ru) не позволяет получить большой коэффициент передачи делителя (р 1), т. е. такие делители целесообразно приме­ нять только для цифровых милливольтметров.

Приближенные двоичные и тетрадно-десятичные делители. Работа приближенных токовых делителей основана' на суммировании токов отдельных цепей делителя в низкоомном общем выходном резисторе г. На рис. 2.14 показаны два варианта таких делителей. В схеме рис. 2.14,а весовые коэффициенты пропорциональны проводимостям соответствую­ щих разрядов. В схеме рис. 2.14, в для уменьшения количества номи­ налов резисторов введены масштабирующие резисторы rlt г2 и г3, меняю-

Рис. 2.14. Схемы приближенных параллельных делителей

щие в десять раз весовые коэффициенты каждого следующего разряда (в качестве примера взяты три разряда). Если сопротивление г доста­ точно мало по сравнению с сопротивлением остальной части делителя, то выходное сопротивление обеих схем

-RBM* ^ r = c o n s t.

При включении любого разрядного резистора RKi и i?„ = oо

где ri — сопротивление части делителя г (г; = г для схемы рис. 2.14,а), включенной между землей и точкой подключения RKi. Сопоставляя равенство (2.15) с равенствами (2.10) и (2.11), можно рассчитать ие-

обходимые значения сопротивлений разрядных резисторов. Для схемы рис. 2.14,а это сделать легко, а для схемы рис. 2.14, в надо дополнитель­ но рассчитать значения гъ ......... исходя из того, что г,- всегда должно быть намного меньше сопротивления остальной части делителя и струк­ турная погрешность не должна превышать допустимого значения. Для десятичных разрядов можно ориентировочно принимать гх æ » 10г2 « 100г3.

Для параллельных делителей удобнее иметь дело не с сопротивле­ ниями, а с проводимостями. Соответствующая эквивалентная схема

изображена на рис. 2.14, б, где проводимость g = y , a G= ^ - —экви­

валентная (общая) проводимость включенных разрядных сопротив­ лений. Тогда

Полученное выражение нелинейно зависит от N и характеризует наличие структурной погрешности, которой можно пренебречь только

где /?тах — общее эквивалентное сопротивление всех включенных лараллельно разрядных резисторов.

= N max-

Точные параллельные делители

Точные параллельные делители строят, на переключателях, они не имеют структурной погрешности. Используемый принцип суммиро­ вания разрядных токов позволяет выполнить такие делители по двоич­ ной или тетрадно-десятичной системе счисления.