Файл: Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение.pdf

Очевидно, что система стабилизации имеет система­ тическую погрешность собственно ГЩН и случайную по­ грешность, зависящую от изменения нагрузки, порядка сотых долей от

Основная погрешность системы определяется чувст­ вительностью схемы сравнения и временем переключе­ ния схемы управления.

3-4. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТЬЮ ПКН

Точность деления напряжения в матрице в основном зависит от точности выдерживания номиналов сопро­ тивлений резисторов матрицы. Как известно, достижи­ мая в настоящее время точность серийно выпускаемых прецизионных резисторов равна 0,03% (резисторы типа МВС, МВСГ, МВСГЧ, С5-5, С5-15) без учета изменения температуры. Как показано в [Л. 9], при использовании таких резисторов теоретически возможным оказывается построение матриц ПКН, точность которых составляет не более 12 разрядов при изменении температуры окру­ жающей среды в широких пределах. В результате экс­ периментальных исследований, проведенных на двух 14-разрядных ПКН с контактными ключами, было уста­ новлено, что при изменении температуры на 50 °С точ­ ность преобразования ограничивается 12 двоичными разрядами.

Кроме того, следует заметить, что в настоящее время резисторы могут быть подобраны с высокой степенью точности. Однако зависимость их значений от темпера­ туры ограничивает диапазон температур, • в котором возможна эксплуатация ПКН при заданной высокой точности (12 разрядов и более).

Возможны два метода уменьшения температурного дрейфа сопротивлений резисторов. Один из них основан на термокомпенсации всего преобразователя в целом, возможной благодаря использованию элементов с раз­ личными знаками температурного коэффициента (ТКС), однако осуществление его вызывает значительные труд­ ности.

Рассмотрим второй метод уменьшения температур­ ной погрешности. Этот метод может быть применен для обоих случаев построения ПКН (на матрице со «взве­ шенными» сопротивлениями резисторов и . ца матрице

R-2R).

70

\

Этот метод рассматривается применительно к матрице со «взвешенными» сопротивлениями резисторов, так как эта схема более чувствительна к изменению, сопро­ тивлений резисторов матрицы [Л. 53].

резистор матрицы (рис. 3-4) ПКН составляется из двух последовательно включенных резисторов Ri и R'i, име­ ющих разнополярные ТКС. Принимаем, что ТКС Ri по­ ложителен и его величина равна а+, а ТКС Ri — отрица­ телен и его величина .а-.

Очевидно, что

Ri = Roi([ + a+t) ;

Ri-\-R'i—Roi(^ +ісцД) -}-R'oi (1 + ct—t) =

R a i R'oi*T {Roiü+t-{-R'oiO—t) ■

Независимость величины сопротивления разрядного резистора от температуры в широком диапазоне темпе­ ратур возможна при

RoiCl+t + R'oiCL—t—О,

т. е. t (/?оіо+ + R'oia,—) =0. Отсюда ,

RQi:a+— —R'oia

Величина (—а~/а+) — положительное число, показы­ вающее, во сколько раз одно сопротивление, имеющее ТКС одного знака, должно быть больше другого сопро­ тивления, имеющего ТКС противоположного знака, что­ бы общее разрядное сопротивление не изменялось при изменениях температуры.

71

Таким образом, величины двух сопротивлений с ра+ Ііополярными ТКС, которые при последовательном сое­ динении образуют разрядный резистор і-го разряда, об­ ратно пропорциональны величинам их ТКС. Отсюда вы­ текает, что, если разрядный резистор

Ri + R'i = 2" -4R i+ R 'i)

состоит из двух резисторов, имеющих разнополярные ТКС, и их сопротивления по своим величинам обратно

сти сопротивления резисторы в матрице делаются проволочными. Это обеспечило бы высокую точность в случае работы преобразователя при неизменной температуре, равной температуре, при которой подбирались (или наматывались) разрядные резисторы •матрицы. Но ввиду того, что преобразователи в реаль­ ных условиях в основном работают в широком диапазо­ не температур, погрешность от нестабильности сопро­ тивлений резисторов при изменении температуры значительна.

Например, даже применение манганина, имеющего весьма низкий ТКС («+= +0,000031/°С), в качестве материала для изготовления (намотки) резистора стар­ шего разряда матрицы преобразователя, имеющего, к примеру, величину 500 ом при изменении температуры

72

Если же подобрать сопротивление резистора 500 ом гак, что

где ТКС манганина а+= +0,00003 1/°С; ТКС резистора УЛИ а _ = —0,0005 1/°С, (в качестве резистора с отрица­ тельным ТКС использован резистор типа УЛИ); Rot — сопротивление резистора из манганина, имеющего ТКС сс_; R'oi — сопротивление резистора типа УЛИ, имеюще­ го ТКС а+, то получим:

т. е. если величина сопротивления резистора из манга­ нина будет в 16,66 раза больше величины сопротивления, имеющего отрицательный ТКС (например, резистора типа УЛИ), и обязательно сумма величин этих сопро­ тивлений будет равняться величине сопротивления раз­ рядного резистора, то тогда при изменении температу­ ры в широком диапазоне величина сопротивления раз­ рядного резистора останется совершенно неизменной. Из (3-2) следует, что сопротивление резистора /Усчтипа УЛИ должно быть:

R’ог 16,66500 = 30 ОМ.

Следовательно, сопротивление резистора Roi из ман­ ганина будет:

Яог=470 ом.

При практическом применении данного метода сле­ дует учитывать, что расчетное значение сопротивления резистора R'oi может оказаться отличным от существу­ ющих номиналов серийно выпускаемых промышленно­ стью резисторов. В этом случае общее сопротивление разрядных резисторов изменится на столько ом, на сколько изменилось бы сопротивление, величина кото­ рого равна разности между расчетным и выбранным значениями R'о,- при нагреве на t° С.

Описанный метод с успехом может быть применен и в широко распространенной ступенчатой матрице R-2R, причем осуществление его намного облегчается тем обстоятельством, что здесь необходим подбор только двух номиналов сопротивлений.

обнаружить случайные ошибки. Кроме того, в данном случае требуется дополнительно к схеме ПКН специаль­ ная схема сравнения. Достоинством такого метода явля­ ется возможность обнаружения ошибок, вызванных все­ ми элементами ПКН, включая такие узлы, как источник напряжения, эталонные сопротивления, ключи. Наиболее эффективным оказывается использование метода тари­ ровки при работе ПКН в системе преобразователя на­ пряжения в код (ПНК) с цепыо обратной связи [Л. 2].

Рассмотренный выше метод проверки ПКН и ПНК относится к так называемым методам тестового контро­ ля радиоэлектронной аппаратуры, когда выбирается какой-нибудь параметр и определяется его положение в поле допуска.

Вопросы контроля исправности преобразующих устройств несмотря на их сложность и значительный

объем разнотипной аппаратуры рассмотрены в настоя­ щее время недостаточно.

Ниже рассматриваются методы для обнаружения сбоев и обнаружения и исправления катастрофических отказов в ПКН. В [Л. 58] предложен схемный метод контроля работы триггерного регистра и разрядных пе­ реключателей ППКН. На рис. 4-1 показана структурная схема ППКН с контролем.

на группу вентилей Иц—Иіп и задержанным на время t1 относительно импульса, производящего включение триггера. Задержка 11 должна быть больше времени

переходного процесса триггера. Емкость счетчика выби­ рается такой, чтобы при приходе последнего импульса

сИц происходило переполнение его. С выхода счетчика

вэтом случае снимается импульс и с задержкой t2 по­

дается на вторую группу схем И2 1 —И%п. Задержка h

должна быть больше периода следования импульсов ГИ. Импульс переполнения счетчика осуществляет проверку выключения всех триггеров регистра. Наличие импуль­ са переполнения счетчика и отсутствие импульса с вы­

одним управляющим входом к выходу триггера, а вто­ рым— к выходу переключателя. На импульсный вход И'п подается импульс с задержкой іг. С выходов И'п снимается импульс неисправности, если после выключе­ ния всех триггеров регистра какой-либо из переключате­ лей не отключил эталонное напряжение от матрицы сопротивлений.

Выходные импульсы с вентильных групп подаются на соответствующие входы триггера контроля. Со­ стояние этого триггера опрашивается контролирующим импульсом КИ. Наличие импульса на выходе вентиля говорит о неисправности преобразователя.

Перейдем к рассмотрению возможности использова­ ния коректирующих кодов для обнаружения ошибок на примере частного случая использования ПКН в преоб­ разователе напряжения в код. Применение корректиру­ ющих кодов открывает новые возможности контроля аппаратуры преобразователей [Л. 60].

Возможность получения корректирующих кодов с выхода ПНК позволяет применять их для надежност­ ного синтеза узлов, например, как ПКН.

Обратимся к типичной схеме преобразователя напряжения в код поразрядного уравновешивания [Л. 1] (рис. 4-2). На вход схемы сравнения 6 приходит преобразуемое напряжение Ux и опорное на­ пряжение с выхода преобразователя кода в напряжение (ПКН) 5,

76