РОЗДІЛ 2
СИНТЕЗ КОДОКЕРОВАНИХ МІР ОПОРУ, ІНВАРІАНТНИХ ДО ВПЛИВУ ОПОРІВ З’ЄДНУВАЛЬНИХ
ЛІНІЙ
2.1. Синтез багатопровідних структур активних імітаторів опору
Найбільшою проблемою при використанні низькоомних КМО, зокрема низькоомних АІО,
є зменшення впливу опорів ЛЗ та залишкових опорів перехідних з’єднувальних
контактів і комутуючих елементів на точність зразкових мір.
При вимірюванні низькоомних опорів для зменшення впливу ЛЗ застосовують
трипровідну або чотирипровідну схему під’єднання. Ці методи не завжди можна
використати, якщо необхідно імітувати опір у конкретних точках. При під’єднанні
АІО двопровідною лінією до точок на об’єкті значення опорів ЛЗ повністю
додаються до значення імітованого опору. При цьому абсолютна похибка дорівнює
DR=2RL, де RL – опір ЛЗ.
Зменшення впливу опорів ЛЗ в АІО можливе при охопленні ліній зв’язку
додатковими зворотними від’ємними зв’язками. Перші спроби створення
чотирипровідних АІО для зменшення впливу залишкових опорів комутаційних
елементів були здійснені в [8].
На рис.2.1 запропоновано схему АІО з чотирипровідною лінією зв’язку.
Лінії зв’язку RL1 і RL2 включені у зворотний зв’язок ОП DA1, а лінії зв’язку
RL3 і RL4 – у зворотний зв’язок ОП DA2. Опори ліній зв’язку RL2 і RL4 увімкнені
послідовно з високоомними входами ОП DA1 і DA2, а опір з’єднувальної лінії RL3
під’єднаний послідовно з вихідним опором ОП DA2, і тому їх впливом на точність
імітації опору можна нехтувати.
Опір з’єднувальної лінії RL1 увімкнений послідовно зі зразковим резистором R0 і
для аналізу його впливу на похибку імітації опору визначимо функцію
перетворення АІО.
При під’єднанні напруги до затискачів “1” і “2” на виході ОП формується напруга
UDA1, значення якої визначається з виразу:
де Iвх – значення вхідного струму;
R0 – значення опору зразкового резистора.
е1 – значення напруги зміщення нульового рівня ОП DA1.
На виході КПН отримаємо:
де m – коефіцієнт передачі КПН, значення якого пропорційне вхідному коду N.
Відповідно напруга в точці “2” дорівнює:
де е2 – значення напруги зміщення нульового рівня ОП DA2.
Функція перетворення АІО описується виразом:
. (2.1)
З аналізу виразу (2.1) видно, що абсолютні похибки імітації опору від впливу
напруг зміщення нульового рівня ОП і від впливу опору ЛЗ відповідно
дорівнюють:
При цьому відносна похибка від впливу опорів ЛЗ визначається з виразу:
Графічні залежності відносної похибки dRім(RL) від зміни R0 для різних значень
опору ЛЗ, які вибрані рівними 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 Ом згідно з ГОСТ 13384-93
[29], наведено на рис.2.2.
Ефективність чотирипровідної схеми АІО можна оцінити, порівнюючи значення
абсолютних похибок від впливу ЛЗ двопровідної і чотирипровідної схем. Для цього
доцільно ввести коефіцієнт послаблення впливу ліній зв’язку, значення якого
визначається з відношення:
Коефіцієнт послаблення впливу ЛЗ, виражений в децибелах, визначається з виразу:
. (2.2)
З аналізу графічної залежності коефіцієнта послаблення від зміни коефіцієнта
передачі m (рис.2.3) видно, що коефіцієнт послаблення впливу ЛЗ тим більший,
чим менший коефіцієнт передачі КПН. При m=1 коефіцієнт послаблення дорівнює
6дБ.
Після відповідних перетворень виразу (2.2) отримаємо:
Коефіцієнт послаблення впливу опорів ЛЗ можна записати у вигляді:
де Rім.н – номінальне значення імітованого опору.
При рівності Rім=R0 коефіцієнт послаблення впливу ЛЗ дорівнює 6 дБ. Для
збільшення коефіцієнта послаблення необхідно збільшувати значення опору
зразкового резистора, тобто вибирати R0>Rім max на кожному діапазоні імітації
опору. Діапазон вихідного сигналу Uвих max ОП і нормоване номінальне значення
вхідного струму Iвх н. на окремих діапазонах імітації опору обмежують значення
опору зразкового резистора, тобто .
При виборі R0>Rім max забезпечення необхідної точності і дискретності імітації
опору можливе при застосуванні додаткового резистивного подільника (ДПН) між
виходом КПН і входом ОП DA2 (рис.2.4).
Функція перетворення АІО з ДПН описується виразом:
де mд – коефіцієнт передачі ДПН.
Значення коефіцієнта передачі додаткового подільника напруги для відповідного
діапазону імітації опору визначається з виразу:
Значення абсолютної похибки від впливу ЛЗ становить:
Коефіцієнт послаблення впливу ЛЗ, виражений в децибелах, дорівнює:
або .
На рис.2.5 наведені графічні залежності коефіцієнта послаблення від коефіцієнта
передачі m КПН при різних значеннях коефіцієнта передачі додаткового подільника
напруги mд.
Зміною коефіцієнта передачі додаткового подільника напруг, можна вибирати
необхідні діапазони імітації опору. Для багатодіапазонного АІО оптимальним
варіантом є комбінований вибір діапазонів зміною опору зразкового резистора і
коефіцієнта передачі ДПН [82]. На рис.2.6 наведена структурна схема
чотиридіапазонного АІО.
Графічні залежності коефіцієнта послаблення впливу опорів ЛЗ при комбінованому
виборі діапазонів імітації опору, відповідно до табл.2.1, наведено на рис.2.7.
Для порівняння на цьому рисунку наведено графічну залежність коефіцієнта
послаблення для активного імітатора опору з вибором діапазонів за допомогою
зміни опору зразкового резистора, значення якого для відповідного діапазону
рівні 10, 100, 1000 і 10000 Ом.
Таблиця 2.1
Значення зразкового резистора і коефіцієнта передачі додаткового подільника
напруги при комбінованому виборі діапазонів
№ діапазону
Значення Rімmax, Ом
Значення R0, кОм
Значення mд
Максимальне значення Iвх, mA
10
0.01
10
100
0.1
10
1000
10
0.1
10000
10
1.0
Значно зменшується вплив ліній зв’язку в АІО з п’ятипровідною лінією зв’язку
(рис.2.8). У цій структурній схемі застосовано виносний зразковий резистор R0,
який встановлюється
- Київ+380960830922