Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения

 

ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя разбаланса , вкод которого соединен с истоком первого транзистора и через первый резистор связан с входной шиной и стоком второго транзистора, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с.истоком второго транзистора и первым выводом второго резистора, а выход - с вторым выводом второго резистора и входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, стоком первого транзистора и входом дополнительного инвертирующего усилителя , отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения чувствительности , в него дополнительно введены третий полевой транзистор, второй фильтр низкой частоты, второй усилитель разбаланса и источник опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора подключен к выходу дополнительного инвертируюI щего усилителя, исток - к истоку первого транзистора, затвор - к (Л выходу второго усилителя разбаланса, выход первого усилителя разбаланса через второй фильтр низкой частоты связан с одним входом второго усилителя разбаланса, а выход источникаопорного напряжения соединен с Другим входом второго урнлителя разо баланса. У 4а

Ogl (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) G 01 R 19 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,"

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3436548/18-21 (22) 07.05.82 (46) 30.12.83. Бюл. 9 48 (72) Н,И,Антонов, A.À.Êàëóãèí и В.В.Кипаренко (53) 621. 317. 3 (088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 431459, кл. G 01 R 19/02, 23. 03. 72. . 2.Авторское свидетельство СССР

М 741167, кл. G 01 R 19/02, 30. 03. 78 (прототип) . (54) (57) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя разбаланса, вход которого соединен с истоком первого транзистора и через первый резистор связан с входной шиной и стоком второго транзистора, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с истоком второго транзистора и первым выводом второro резистора, а выход — с вторым выводом второго резистора и входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, стоком первого транзистора и входом дополнительного инвертирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения чувствительности, в него дополнительно введены третий полевой транзистор, второй фильтр низкой частоты, второй усилитель раэбаланса и источник опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора подключен к выходу дополнителъыого инвертирующего усилителя, исток — к истоку FQ первого транзистора, затвор — к выходу второго усилителя раэбаланса, выход первого усилителя разбаланса через второй фильтр низкой частоты связан с одним входом второго усилителя раэбаланса, а выход источника опорного напряжения соединен с другим входом второго усилителя разбаланса.

1064217

Изобре тение относится к электрои эме ре ниям и маже т быть испо ль эов а-, но в вольтметрах переменного тока.

Известен линейный преобразователь действующего значения переменного напря же ния, содержащий соединенные последовательно двухполупериадный выпрямитель, квадратирующее устройство, выполненное в виде двух полевых транзисторов, двух операционных усилителей, резисторы и фильтр низкой частоты $13

Однако необходимость использования двухполупериодного выпрямителя в указанном преобразователе приводит к его усложнению и увеличению погрешности преобразования за счет погрешности, вносимой выпрямителем.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой, первый и второй резисторы, подключенные одним из выводов к истокам соответственно первого и второго полевых транзис торой, усилитель разбаланса, включенный между истоком и затворам первого полевого транзистора, инвертирующий усилитель, включенный между истоком второго полевого транзистора и входом фильтра низких частот, третий резистор и дополнительный инвертирующий усилитель, причем тре тий ре зистор включен между истоком первого полевого транзистора и входной шиной преобразователя, связанной со стоком второго полевого транзистора, дополнительный инвертирующий усилитель включен между другим выводом первого резистора и выходом фильтра низких частот, свя занньм со стоком первого полевого транзистора, а другой вывод второго резистора сае динен с входом фильтра низких часта т (2)

K недостаткам известного преобразователя относя тся суженный динамиче ский диапазон в области малого уровня входного сигнала и невысокая чувствительность, так как при малом уровне входного сигнала значительную далю выходного напряжения преобразователя составляет напряжение „ вызванное дрейфом инвертирующега усилителя. Если суммарное выходное напряжение положительно, то усилитель раэбаланса входит в насыщение и запирает транзисторы, Для нормальной работы преобразователя необходимо входное напряжение такого уровня, при котором усилитель разбаланса мог бы выйти из насыщения.

Цель из обре те ния — расшире ние динамического диапазона и павьп иние чувствительности.

Зо

Поставленная цель достигается тем, чта в линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя раэбаланса, вход которого соединен с истоком первого транзистора и через первый резистор связан с входной шиной и стоком второго транзистора, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с истоком второго транзистора и первым выводом второго резистора, а выход — с вторил выводом второго резистора и входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, стоком первого транзистора и входом даполнитель наго, инвертирующего усилителя, дополнительно введены третий полевой транзистор, второй фильтр низкой частоты, второй усилитель раэбаланса и источник опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора подключен к выходу дополнительного инвертирующего усилителя, исток — к истоку первого транзистора, затвор — к выходу второго усилителя раэбаланса, выход первого усилителя раэбаланса через второй фильтр низкой частоты связан с одним входом второго усилителя разбаланса, а выход источника опорного напряжения соединен с другим входом второго усилителя раэбаланса, На чертеже приведена электрическая схема линейного преобразователя действующего значения переменного напряжения, Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения содержит первый 1 и второй 2 полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходам первого усилителя 3 разбаланса, вход которого соединен с истоком первого транзистора 1 и через первый резистор 4 связан с входной шиной 5 и стоком второго транзистора 2, инвертирующий усилитель 6, вход которого соединен с истоком второго транзистора 2 и первым выводам второго резистора 7, а выходс вторым выводом второго резистора 7 и входом фильтра 8 низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной 9, стоком первого транзистора 1 и входом дополнительного инвертирующего усилителя 10. В преобразователь дополнительно введены третий полевой транзистор 11, второй фильтр 12 низкой частоты, второй усилитель 13 разбаланса и источник

14 опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора 11 подключен к выходу дополнительного

1064217 где

%4 (Т

15

Таким образом, выходное напряжение первого усилителя 3 раэбаланса не превышает заданного значения неэвисимо от влияния дрейфа других усилителей; поэтому преобразователь работоспособен при малых значениях входного сигнала, вследствие чего расширяется его динамический диапазон и повышается чувствительность.

Преимущество изобретения заключается в повышении достоверности работы преобразователей эа счет возможности исключения неопределенности его работы в зоне значений сигналов, соизмеримых с шумами и близких к нулевому уровню. инвертирующего усилителя 10, истокк истоку первого транзистора 1, затвор — к выходу второго усилителя 13 раэбаланса. Выход первого усили- теля 3 разбаланса через второй фильтр

12 низкой частоты связан с одним . 5 входом второго усилителя 13 раэбаланса, а выход источника 14 опорно

ro напряжения соединен с другим входом второго усилителя 13 раэбаланса.

Преобразователь работает следующим образом.

Первый усилитель 3 разбаланса поддерживает на своем входе баланс токов () в ЖСЧ-() вы» « "вы»С где 0в„() — входной, сигнал преобразователя

Пвьх вых — выходное напряжение преобраэова- 20 те ля; 4 — проводимость резистора 4 — проводимости каналов транзисторов 25

11 и 1

Под действием входного сигнала и выходного напряжения преобразователя напряжение на затворе транзистора 1 изменяется таким образом, 30 что его проводимость

0вх(М

<= «u ч. вы»

Выходное, напряже ние инве ртирующего усилителя 6 связано с входньм,. сигналом .соотношением

С2 (2=.-08x W, ! 4т

I где Ux — выходное напряйе- 4 ние инввртирующего усилителя бу. — проводимость канала транзисто ;. ра 2;

G — проводимость ре- 45

7 зистора 7 °

Параметры транзисторов 1 и 2 выбирают идентичными, поэтому

G = 02 и в.соотношении (3) можно подставить значение Gy, определяе- 50 мое из соотношения (2)

G„US»(C) С, Q «Q Я в °

2 э» бт "вы» 6т

Фильтр 8 низких частот усредняет эа период Т входного сигнала напря55 жение Ug, поэтому на выходе преобразователя

l т ,. 1! 6" t Овых(Е) С4

u ° --)О „щ — дЫ-)—

SoN. (} В», )- ). .о о

U Sx (t) представляет собой колебание синусоидальной формы, поэтому первое слагаемое в соотношении (5) равно нулю

Таким образом, выходное напряжение преобразователя пропорционально действующему значению входного сигнала.

Цепь, образованная усилителями

3 и 13 разбаланса, фильтром 12 низкой частоты и полевым транзистором 11, представляет контур стабилизации сдвига нулевого уровня усилителя 13 раэбаланса. Укаэанный сдвиг нулевого уровня выбирают иэ условия минимальной нелинейности коэффициента преобразования, он имеет положительную полярность.

Если сдвиг превышает заданное значение, то соответствующее приращение напряжения на выходе первого усилителя 3 раэбаланса через второй фильтр 12 низкой частоты поступает на один вход второго усилителя 13 раэбаланса, на другой вход которого подается напряжение от источника 14 опорного напряжения . Если выходное напряжение.первого усилителя 3 раэбаланса превышает опорное напряжение, то выходное напряжение второго усилителя 13 разбаланса изменяет проводимость канала полевого транзистора ll до тех пор, пока выходное напряжение первого усилителя 3 разбаланса не станет равным заданному значению, определяемому опорным напряжением.

1064217

Составитель A,Ïó÷êîâñêèé

Редактор A.Лежннна Техред И.Гергель

Корректор Г.Решетннк

Подписное филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 10516/46, Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5