Среднеквадратический детектор

 

СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР , содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя , второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения , выполненного на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и резистором, соединенным однип из выводов с выходом усилителя, блок суммирования и антилогарифмирования , выполненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифматоров, о т ли ся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и области практического использования , в него введены регулируемый и дополнительный нерегулируемый резисторы , причем регулируемый резистор включен между коллектором транзистора и инвертирующим входом операционного усилителя, дополнительный нере-J Гуто1руемый резистор -между коллектором, транзистора и шиной нулевого потен - д циала, а другой вывод ранее указанного® резистора подключен к точке соедине (Л ния коллектора транзистора с соответс ствующими выводами двух введенных резисторов. 7 со оо (Х CJ5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 1 ц G О1 В 19/02 ф"ОПИСАНИЕ HSOEPETEHHR;;:

Н д ВТОРСИОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ГОСУДАРСТЬЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3421249/18-21 (22) 13,04.82 (46) 07.08.83. Бюл, 1т 29 (72) В. В. Борисовский (71) Специальное конструкторское бюро

"Виброприбор" (3) 621,317,7(088.8 ) (56 ) i, Авторское свидетельство СССР и 596887, кл, 6 01 и 19/02, 1976.

2, Справочник по нелинейным схемам, Под ред. Шейнголда. И,, "Мир", 1977, с. 409, (54)(57) СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР, содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения, выполненного на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и резистором, соединенным одним из выводов с выхо„„SU„„1033976 А дом усилителя, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифматоров, отли чающий ся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и области практического использования, в него введены регулируемый и дополнительный нерегулируемый резисторы, причем регулируемый резистор включен между коллектором транзистора и инвертирующим входом операционного усилителя, дополнительный нере-, гулируемый резистор -между коллектором транзистора и шиной нулевого потенциала, а другой ывод ранее указанногоЕ резистора подключен к точке соедине- f ния коллектора транзистора с соответствующими выводами двух введенных С„ резисторов.

10 33976

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аппаратуре различного характера, например в универсальных шумо- и виброиэмерительных приборах.

Известен измеритель среднеквадратического значения переменного напряжения, построенный по принципу кусочно-линейной аппроксимации параболы и 10 содержащий резистивный делитель напряжения, к соответствующим выводам которого подключены выход выпрямителя и входы диодно-резистивных аппроксимирующих цепей, блок усреднения выполненный на основе включенного на общем выходе аппроксимирующих цепей операционного усилителя с параллельно соединенными конденсатором и резистором в цепи обратной связи(1 ). 2п

Недостаток указанного устройства связан с низкой точностью измерения, обусловленной несовершенством аппроксимации параболы, Наиболее близким к предлагаемому 25 является среднеквадратический детектор, реализующий метод неявного вычисления и содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения, выполненного на основе операционного усилителя с параллельно соединенными конденсатором и резистором в цепи обратной связи, блок сумми35 рования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифматоров, а коллектор - к инвертирующему входу операционного усилителя 12).

Один из недостатков известного устройства определяется незначительной величиной постоянной времени усредне- 4 ния, обусловливающей ограничение частотного диапазона снизу, Повышение времени усреднения за счет увеличения сопротивления резистора и емкости конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя оказывается невозможным из-эа снижения при этом тока коллектора транзистора и, как следствие, уменьшения верхней рабочей частоты детектора или ухудшения его весогабаритных характеристик.

-г

Другой недостаток устройства заключается в сложности изменения времени усреднения в широких пределах, выражающейся в необходимости переключения конденсаторов в цепи обратной связи операционного усилителя. Отмеченное обстоят ел ь ство сущест венно ограничивает применение известного детектора в контрольно-измерительной аппаратуре, Цель изобретения - расширение частотного диапазона и области практического использования подобного измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в среднеквадратический детектор, содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения, выполненного на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и резистором, соединенным одним из выводов с выходом усилителя, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора, эмиттер и база ко" торого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифма-! торов, введены регулируемый и дополнительный нерегулируемый резисторы, йричем регулируемый резистор включен между коллектором транзистора и инвертирующим входом операционного усилителя, дополнительный нерегулируемый резистор - между коллектором транзистора и шиной нулевого потенциала, а другой вывод ранее укаэанного резистора подключен к точке коллектора транзистора с соответствующими выводами двух введенных резисторов.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого среднеквадратического детектора.

В состав устройства входят выпрямитель 1, логарифматор 2, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора 3, логарифматор 4, блок усреднения, выполненный на основе операционного усилителя 5 с конденсатором 6 в цепи обратной связи, а также с нерегулируемыми резисторами и 8,и регулируемым резистором 9, Устройство работает следующим образом.

На выходе выпрямителя 1 вырабатывается ток, пропорциональный абсолютному значению входного напряжения. Логарифматор 2 формирует напря

10339

ВНИИПИ Заказ 5617/48 Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жение, пропорциональное удвоенному логарифму тока на выходе выпрямителя 1, Ток коллектора транзистора

3 экспоненциально зависит от напряжения между базой и эмиттером. За счет отрицательной обратной связи по постоянному току через резисторы 7 и 9 на коллекторе транзистора 3 и на вы ходе операционного усилителя 5 поддерживается напряжение, постоянная 16 составляющая которого равна нулю.

При этом постоянная составляющая напряжения на выходе операционного усилителя 5 оказывается равной произведению среднего значения тока кол- 15 лектора транзистора 3 на сопротивление резистора 7. С помощью логарифматора 4 обеспечивается отрицательHBR обратная связь, пропорциональная логарифму напряжения на выходе р0 операционного усилителя 5. Таким образом, в данном детекторе на выходе формируется напряжение, равное среднеквадратическому значению входного напряжения, по методу неявного вы- р числения.(за счет обратной связи } с использованием преобразования логарифм-антилогарифм.

На входе операционного усилителя

5 поддерживается нулевой уровень и . переменной составляющей напряжения за счет емкости конденсатора 6 в цепи обратной связи. Переменная составляющая тока, протекающая к входу операционного усилителя 5 через резистор 9, компенсируется перемен35 ным током через конденсатор 6 за счет пульсаций выходного напряжения.

Переменное напряжение на коллекторе транзистора 3 не равно нулю, а пере40 менный ток через резисторы 9 и 8 пропорционален величинам их проводимостей, 3а счет ответвления части переменного тока через резистор 8 на шину нулевого потенциала уровень напряжения пульсаций на выходе операци45 онного усилителя 5 определяется эквивалентной постоянной времени усреднения - С -р

Э 1 !

76

4 где С - экви валент ная емкост ь ус редэ няющей цепи;

В - сопротивление резистора 7:

Для С справедливо следующее соотношение

8 где С6- емкость конденсатора 6; и R - сопротивления резисторов 8 и 9 °

Таким образом, при увеличении сопротивления регулируемого резистора 9 от нуля до максимального значения эквивалентная емкость С усредняющей цепи будет плавно увеличиваться от значения, равного номинальной емкости

С конденсатора 6, до максимального значения, определяемого соотношением сопротивлений нерегулируемых резисторов 7 и 8 и максимальным сопротивлением регулируемого резистора 9. При этом сопротивление резистора 8 должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить линейный режим работы транзистора 3 (без насыщения) .

Применение дополнительных реэистивных элементов обеспечивает значительное расширение частотного диапазона детектора в сторону низких частот практически без усложнения устройства и затрат дополнительной мощности. Кроме того, предлагаемая конструкция значительно упрощает процесс эксплуатации детектора, так как исключается необходимость использования сложных цепей переключения конденсаторов при изменении времени усреднения, а также обеспечивается плавная установка времени усреднения с необходимой точностью. 8 результате сущвственно расширяется область практического использования данного среднеквадратического детектора в уни-версальных шумо- и виброизмерительных приборах, а также следящих контрольно-измерительных системах.