12. Імітатори електричного опору

12.1. Методи імітації електричного опору

12.2. Низькоомні імітатори опору

12.3. Середньоомні імітатори опору. Автоматизований вибір піддіапазонів відтворення

12.4. Кодокеровані високоомні міри

12.1. Методи імітації електричного опору

Основними недоліками багато розрядних кодокерованих магазинів опору є мала дискретність і складність реалізації через необхідність використання великої кількості різнономінальних прецизійних масштабних резисторів та сильнострумових і високовольтних електронних комутаторів з малими залишковими параметрами. Якраз відсутністю електронних комутаторів із задовільними параметрами і пояснюється відсутність кодокерованих магазинів опору в діапазонах нижче 0,1 Ом та вище 10 МОм. Це стимулювало активний пошук альтернативних шляхів, в результаті чого були запропоновані імітатори електричного опору, принцип дії яких полягає у відтворенні закону Ома для ділянки кола у залежності від значення зовнішнього коду керування. При відтворенні опору на підставі закону Ома за вхідну величину можна прийняти або струм, або напругу.

Рис. 12.1. Схеми для імітації опору, якщо вхідною величиною є:

а) струм; б) напруга.

Структура рис. 12.1а відтворює опір R_i для ділянки кола 1-2 за співвідношенням:

(12.1)

де U₁₂, I_i – відповідно спад напруги та струму, що протікає через клеми 1-2 імітатора; ; μ – коефіцієнт передачі КПН.

В структурі рис. 12.1.б відтворюється провідність між клемами 1-3, за умови, що у вимірювачі опору є можливість відтворювання потенціалів клем 2 і 3 (наприклад, потенціали спільні шини та віртуальної спільної шини, що створюється за допомогою ОП). Струм I_i від клеми 1 помножувальним ЦАП поділяється , причому , , перетворюється у вихідну напругу другий ОП та за допомогою резистора R₂ перетворюється у вихідний струм . Імітована структурою провідність G_i знаходиться, як:

, (12.2)

де G – одинична провідність помножую чого ЦАП; R₁, G₂ – відповідно опір та провідність резисторів R_1, R₂.

За виконання умови , відтворювана імітатором провідність визначатиметься виразом:

. (12.3)

В імітаторах електричного опору вхідну величину перетворюють у вихідну напругу, яка помножується в КПН на заданий зовні коефіцієнт. Оскільки схемотехніка та метрологічні властивості всіх відомих типів КПН - ЦАП - напруги добре вивчені і серійно апробовані, то наявність КПН в імітаторі опору дозволяє водночас підвищити дискретність, точність і надійність та розширити функціональні можливості при істотному спрощенні апаратної реалізації. Вихідні перетворювачі забезпечують значення вихідної напруги U_i або струму I_i пропорційним до зовнішнього коду μ керування імітатором опору. Отже, в імітаторі, на відміну від кодокерованих магазинів, операція квантування опору замінена операцією квантування напруги. Як у вхідних, так і у вихідних колах імітаторів застосовуються ОП, що погіршує параметри КМО. Однак, як видно з виразу (12.1), у прецизійних кодокерованих магазинах опору з компенсаційними ОП також виникає складова похибки через не ідеальність ОП. Отже, у метрологічному плані імітатори та компенсовані кодокеровані магазини опору є рівноцінними структурами відносно неідеальностей ОП. Звичайно, потенційно точніша структура повинна містити меншу кількість ОП, які розміщено в тракті основних перетворень. Незаперечною перевагою імітаторів є мала дискретність відтворюваного опору та істотне зменшення (в найкращих рішеннях до одного) кількості дискретних масштабних резисторів завдяки використанню ЦАП напруги. Крім того, як буде показано далі, на базі імітаторів можуть бути реалізовані широкодіапазонні КМО, придатні для повірки омметрів практично у всьому діапазоні вимірювання.