專利名稱:電壓測量儀器用分壓器的制作方法
本發(fā)明涉及一種與測量直流或射頻(RF)電壓的儀器聯(lián)用的分壓器，尤其是一種由阻值適宜在許多數(shù)值之間變換的可變電阻器組構(gòu)成的分壓器。
這種類型的分壓器見于U.S.P.NO.4，433，287中的圖6，其中阻值為100γ的固定電阻器Rf、可變電阻器Rv以及阻抗變換器A1是接在一起的。可變電阻器Rv包括一組串聯(lián)電阻器R1，其中每個(gè)電阻器為高阻值100γ，一組串聯(lián)電阻器R2，其中每個(gè)電阻器為中阻值10γ，以及一組串聯(lián)電阻器R3，其中每個(gè)電阻器為低阻值γ。當(dāng)滑動(dòng)觸點(diǎn)放在具有不同的電阻值的電阻器組R1-R3的任意位置上時(shí)，即當(dāng)組R1的X電阻器，組R2的Y電阻器以及組R3的Z電阻器接到電路中去時(shí)，輸入電壓Vi由下式給出Vi＝V0｛100γ+(X+1)100γ+Y10γ+Zγ｝/100γ＝V0(X+0.1Y+0.01Z)其中V0是輸出電壓。
這樣，輸出電壓為滿度讀數(shù)，而輸入電壓根據(jù)三個(gè)數(shù)字X、Y、Z表示的系數(shù)給出放大了的讀數(shù)并被量測到。例如，在所說的位置時(shí)，Vi＝3.62V0。
當(dāng)采用這種分壓器時(shí)，電壓測量儀器的滿度讀數(shù)可以微小檔級(jí)隨意做很大的變化。此外，設(shè)定值能夠做為測量值直接讀到。然而，分壓器很笨重，這是由于為了得到每個(gè)電阻值檔級(jí)需要與電阻值的檔級(jí)同樣多的電阻器，以及與此相關(guān)的開關(guān)電路。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)式開關(guān)致使分壓器不適用于數(shù)字電路。
考慮到上述問題，在日本專利申請(qǐng)NO.262983/1985中提出了另一種與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器，它根據(jù)設(shè)定的系數(shù)值，將電阻器組串聯(lián)，以形成一個(gè)可變電阻器。每個(gè)電阻器組由四個(gè)電阻器構(gòu)成，其阻值分別為最小阻值的1倍、2倍、4倍和8倍。數(shù)字開關(guān)或類似裝置產(chǎn)生二一十進(jìn)制編碼(BCD)信號(hào)，控制系數(shù)。然而，該分壓器不允許將系數(shù)設(shè)為小于電阻值的最大數(shù)量級(jí)。因此，不能得到大于10∶1的最大電壓分壓比。
鑒于上述原因，本發(fā)明旨在提供一種與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器，它結(jié)構(gòu)簡單，能夠在一個(gè)較大范圍內(nèi)變化電壓分壓比。
本發(fā)明的上述目的以及其他目的是通過一個(gè)分壓器達(dá)到的，它包括施加被測未知電壓的阻抗變換器;阻值能在幾個(gè)數(shù)值之間變換的電阻器組，電阻器連接到阻抗變換器的輸出端;以及一個(gè)與可變電阻器相串聯(lián)的固定電阻器。調(diào)整可變電阻器的阻值，使得固定電阻器兩端的電壓降等于預(yù)定值。被測電壓由此時(shí)取得的分壓比確定。
本發(fā)明的其他目的及特征將通過以下的描述變得很清楚。
圖1是一種根據(jù)本發(fā)明與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器框圖;
圖2(a)是電阻器的電路圖，裝有獨(dú)立的開關(guān)，阻值為γ，2γ，4γ，8γ…，2n-1γ，該電阻器組用作圖1中的電阻器組2;
圖2(b)是另一個(gè)可供選擇的電阻器組的電路圖，裝有獨(dú)立的開關(guān)，阻值為10m。2n-1γ，該電阻器也能用作圖1中的電阻器組2;
圖2(c)是圖1電路結(jié)構(gòu)的等效電路;
圖3是一種根據(jù)本發(fā)明的與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器的電路圖，電阻器組中的電阻器阻值為γ，2γ，4γ，…，2n-1γ，如圖2(a)所示;
圖4是對(duì)圖3所示分壓器電路改進(jìn)的一部分;
圖5是本發(fā)明的另一種分壓器的電路圖，電阻器組中的電阻器阻值為10m.2n-1γ，如圖2(b)所示;
圖6是與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器的先有技術(shù)電路圖，上述的分壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)在表示的位置上。
首先參照?qǐng)D1說明本發(fā)明的分壓器的原理。分壓器包括一個(gè)阻抗變換器1，與阻抗變換器1的輸出端相連的電阻器組2，以及電壓測量電路3，例如電壓表之類的電壓測量儀器，輸入電阻為R3(＝K×γ)，其中K為電路3的電壓靈敏度，γ為電阻器組2的最小或單位阻值，被測未知電壓Vi施加到阻抗變換器1的輸入端。阻抗變換器1、電阻器組2以及電壓測量電路3串聯(lián)連接。電阻器組中的每個(gè)電阻器都有一個(gè)獨(dú)立的開關(guān)，與相應(yīng)的電阻器并聯(lián)。電阻器組2可以采用圖2(a)或(b)所示的形式。在圖2(a)中，電阻值為γ，2γ，4γ，8γ，16γ，…，2n-1γ，且分別接有相應(yīng)的開關(guān)S0，S1，S2，S3，S4，…Sn-1。在圖2(b)中，電阻值為10°γ，10°2γ，10°4γ，10°8γ，10′γ，10′2γ，…，10n-18γ，且分別接有相應(yīng)的開關(guān)S01，S02，S04，S08，S11，S12，…，S(n-1)8。
分壓器還包括一個(gè)系數(shù)設(shè)定電路5，它允許使用者置入兩位或更多位數(shù)的系數(shù)N，該系數(shù)是用十進(jìn)制表示的。電阻器組2構(gòu)成的可變電阻器的總阻值等于電阻值γ乘以系數(shù)N。表示系數(shù)N的信號(hào)從電路5以二一十進(jìn)制編碼輸送給開關(guān)控制電路4。這樣，根據(jù)設(shè)定的系數(shù)N，控制電路4有選擇地關(guān)斷和接通電阻器組2的獨(dú)立的開關(guān)，以便調(diào)整可變電阻器組的阻值Rx，使其等于N×γ-Rs。
系數(shù)設(shè)定電路5可以手動(dòng)操作，也可以自動(dòng)運(yùn)行，它將表示系數(shù)N(＝…+102N2+10′N1+10°N0，其中N0、N1、N2等等是自然數(shù))的信號(hào)以二一十進(jìn)制編碼輸送?？刂齐娐?輸送的信號(hào)碼滿足下式Rx＝γ×N(＝…+102N2+10′N1+10°N0)-Rs根據(jù)控制電路4的輸出，與相應(yīng)電阻器并聯(lián)的開關(guān)獨(dú)立接通和關(guān)斷。
圖1電路的等效電路為圖2(c)，其中電壓測量電路3的輸出電壓V0等于電壓靈敏度K，即V0＝K，這是以在設(shè)定系數(shù)N、使得輸出電壓V0等于電路的滿度電壓或電壓靈敏度K之后，測量未知電壓Vi為條件的。還是利用上面的關(guān)系式Rx＝N×γ-Rs，得到Vi＝VO(Rs+Rx)/Rs-K(N×γ)/Rs＝K(N×γ)/(K×γ)＝N＝…102N2+101N1+10°N0這就是說，利用系數(shù)設(shè)定電路5設(shè)定的系數(shù)N，使得電壓測量電路3給出滿度指示，同時(shí)該系數(shù)N本身也表示被測電壓Vi。
當(dāng)N×γ-Rs＜0，設(shè)定系數(shù)N不能提供滿度指示。在這種情況下，將發(fā)出警告，或者顯示單元上的系數(shù)N保持在一個(gè)特定值上。
下面多照?qǐng)D3，它表示根據(jù)本發(fā)明的一種分壓器的實(shí)例。該分壓器與一個(gè)電壓表10聯(lián)用，該電壓表電壓靈敏度K為100毫伏，輸入電阻值(或固定電阻值)Rs為100歐姆。分壓器包括一個(gè)具有高輸入阻抗及低輸出阻抗的阻抗變換器11。作為可變電阻器的電阻器組Ra0，Ra1，…，Ran-1連接到變換器11的輸出端。電阻器Ra0具有最小電阻值γ(例如1歐姆)。電阻器Ra1，Ra2，…Ran-1的電阻值分別為γ，2γ，4γ，…，2n-1γ。舌簧接點(diǎn)開關(guān)Sa0，Sa1，…，San-1分別與電阻器Ra0，Ra1，…，Ran-1并聯(lián)，用于補(bǔ)償高頻特性的電容器Ca0，Ca1，…，Can-1也分別與電阻器Ra0，Ra1，…，Ran-1并聯(lián)。同樣，電容器C10與電壓表10并聯(lián)。數(shù)字開關(guān)12用于設(shè)定四位數(shù)的系數(shù)N。這樣，由使用者設(shè)定的任何電阻值均為單位電阻值γ乘以系數(shù)N。開關(guān)12有一個(gè)顯示部分12a，以十進(jìn)制形式顯示設(shè)定的系數(shù)N。表示系數(shù)的信號(hào)以二一十進(jìn)制編碼送至轉(zhuǎn)換器電路13，該電路將二一十進(jìn)制編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示γ，2γ，4γ，8γ，…，2n-1γ形式的信號(hào)。轉(zhuǎn)換器電路13的輸出信號(hào)與先前設(shè)定的系數(shù)N相對(duì)應(yīng)。補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路14產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于K＝100的信號(hào)。該信號(hào)與轉(zhuǎn)換器13的輸出信號(hào)形式相同。減法電路15產(chǎn)生的信號(hào)為轉(zhuǎn)換器電路13的輸出信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路14的輸出信號(hào)之差(N-K)，以部分地或單獨(dú)地關(guān)斷開關(guān)Sa0，Sa1，…，San-1。如果得到N＜K并被減法器確認(rèn)，則減法器電路執(zhí)行下列步驟之一(1)給出警告信號(hào)，防止發(fā)生錯(cuò)誤;(2)以十進(jìn)制形式設(shè)定的系數(shù)不在數(shù)字開關(guān)12的顯示部分12a上顯示，開關(guān)也不產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào);(3)可變電阻器組的電阻器Rx為零。于是，中斷了正常的工作狀態(tài)。
上述結(jié)構(gòu)的分壓器的工作過程如下與分壓器聯(lián)用的電壓表10的靈敏度為100毫伏，由此給出滿度指示。假定在射頻電壓為Vi＝1.652伏＝1652毫伏的條件下，通過數(shù)字開關(guān)12將系數(shù)N設(shè)定為1652。十進(jìn)制系數(shù)由轉(zhuǎn)換器電路13轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于γ，2γ，4γ，8γ，…，2n-1的信號(hào)，并加給減法器電路15。然后，減法器電路15產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換器電路13的輸出信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路14的輸出信號(hào)之差的信號(hào)。補(bǔ)償電路14的輸出信號(hào)表示“100”。減法電路15的輸出信號(hào)這樣編碼使相當(dāng)于(103×1+102×6+10′×5+100×2)-100＝1552。電阻器Ra0至Ran-1的電阻值由乘以Ω(歐姆)得到。由于Rx＝1552歐姆，Rs＝K×γ＝100Ω，電壓表上的電壓為V0＝ (Rs)/(Rx+Rs) Vi＝ 100/(1552+100) ×1652＝ 100/1652 ×1652＝100毫伏這樣，1652毫伏使得電壓表指示滿度，電壓表的靈敏度為100毫伏。如果由開關(guān)12設(shè)定的系數(shù)N小于電壓表10的電壓靈敏度100毫伏(N＜100)，那么減法電路15發(fā)出警告，在使Rx保持為零的同時(shí)，僅僅做一電壓測量，或使開關(guān)12不起作用。
當(dāng)電壓表10的靈敏度設(shè)為50毫伏時(shí)，補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路14根據(jù)修正值K＝50發(fā)出信號(hào)，于是Rs＝K×γ＝50Ω，當(dāng)電壓表10的靈敏度設(shè)為200毫伏、最小電阻值γ為10歐姆時(shí)，Rs＝200×10歐姆＝2千歐姆。
圖3所示的轉(zhuǎn)換器電路13、補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路14和減法電路15結(jié)合在一起構(gòu)成一個(gè)用于有選擇地關(guān)斷開關(guān)的單元。特別地，如圖4所示，只讀存儲(chǔ)器(ROM)20中的內(nèi)容由數(shù)字開關(guān)12的輸出信號(hào)尋址。從減法器電路15來的數(shù)據(jù)存在ROM 20中。當(dāng)如前所述Rx＜Rs時(shí)，數(shù)據(jù)Rx＝0存在ROM 20中。例如，所有位bso-bsn-1都置為0。決定于開關(guān)Sa0-San-1的種類和相關(guān)電路，所有位可以置為1。用這種方法，使得電壓表直接讀出輸入電壓Vi;否則，專用數(shù)據(jù)存入ROM之中，以產(chǎn)生一個(gè)警告信號(hào)。
在上述實(shí)施例中，電阻器的阻值為γ，2γ，4γ，8γ，…，2n-1γ。參照?qǐng)D5，此處電阻器的阻值為100γ，1002γ，1004γ，1008γ，101γ，1012γ，1014γ，1018γ，102γ，…，1032γ?？勺冸娮杵鹘MRx的總電阻值由開關(guān)控制電路調(diào)整至N×γ-Rs。用于這種調(diào)整的數(shù)據(jù)可以存在ROM 21中。開關(guān)控制電路可以以圖3所示的控制電路同樣的方式由補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生電路和減法器電路組成。
系數(shù)設(shè)定電路可以由自動(dòng)控制電路或類似電路組成，它以這樣的方式產(chǎn)生一個(gè)設(shè)定系數(shù)N的輸出信號(hào)，使得電壓測量電路的輸出電壓V0自動(dòng)給出滿度指示。該控制電路也顯示設(shè)定值。
如上所述，新穎的分壓器采用了較少數(shù)量的分壓電阻器，此傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)式分壓器占用空間小。此外，通過遙控可以容易地在不同值之間變換系數(shù)。可變電阻器的總阻值可以迅速自動(dòng)調(diào)整。系數(shù)的設(shè)定還可以超過電壓測量電路的電壓靈敏度范圍。因此，分壓比可以在一個(gè)極大的范圍內(nèi)得到，結(jié)果擴(kuò)大了量程。如果固定輸入電阻值和電壓測量電路(例如電壓表)的靈敏度不得不修改的話，只需要修改減數(shù)，而不必調(diào)整可變電阻器組本身。
權(quán)利要求
1.一個(gè)與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器，其特征在于包括一個(gè)輸入端施加被測電壓的阻抗變換器，所說的變換器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗；一組串聯(lián)連接到變換器輸出端的電阻器組，總起來說，其作用相當(dāng)于一個(gè)可變電阻器，每個(gè)電阻器都有一個(gè)開關(guān)與之并聯(lián)，所說的電阻器的阻值為γ，2γ，4γ，8γ，…，2n-1γ或100(γ，2γ，4γ，8γ)，101(γ，2γ，4γ，8γ)，…，10n-1(γ，2γ，4γ，8γ)，其中γ是最小電阻值或單位電阻值；一個(gè)用于設(shè)定系數(shù)N的系數(shù)設(shè)定裝置，該系數(shù)N定義為可變電阻器組的電阻值除以單位電阻值γ，系數(shù)N是兩位或更多位數(shù)，所說的系數(shù)設(shè)定裝置輸出一個(gè)與以十進(jìn)制表示的這樣設(shè)定的系數(shù)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；所說的電壓測量儀器與所說的電阻器組串聯(lián)連接，且輸入電阻為RS，這里RS=K×γ，K是電壓測量儀器的電壓靈敏度；以及一個(gè)與系數(shù)設(shè)定電路的輸出相連的開關(guān)控制電路，它產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，用于根據(jù)系數(shù)設(shè)定裝置的輸出信號(hào)有選擇地關(guān)斷和接通所說電阻器組的電阻器兩端的開關(guān)，由此調(diào)整可變電阻器組的總電阻值RX，使之等于N×γ-RS。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器，其中系數(shù)設(shè)定裝置是一個(gè)手動(dòng)數(shù)字開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)與電壓測量儀器聯(lián)用的分壓器，其中系數(shù)設(shè)定裝置是一個(gè)自動(dòng)控制電路，它的輸出信號(hào)根據(jù)被測電壓自動(dòng)變化。
專利摘要
一個(gè)與電壓表聯(lián)用的分壓器，包括在輸入端施加被測電壓的阻抗變換器，作用相當(dāng)于一個(gè)可變電阻且各個(gè)電阻兩端分別并聯(lián)開關(guān)的電阻器組，開關(guān)控制電路及系數(shù)設(shè)定電路。變換器、電阻器組和電壓表串聯(lián)。電阻器的阻值為γ，2γ，…，文檔編號(hào)G01R15/04GK86104307SQ86104307
公開日1987年9月16日 申請(qǐng)日期1986年6月25日
發(fā)明者安永宗一郎 申請(qǐng)人:理研電子株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan