Стабилизатор переменного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1 ) (11) З(51) G 05 Г 1 44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61). 966675 (21) 3491368/24-07 (22) 2 0 ° 09. 82 (46) 07.02.84. Бюл. В 5 (72) (0.К.Рыбин (71) Томский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им.С.M.Êèðîâà (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .

В 966675, кл. G 05 F 1/44, 1981. (54) (57) 1. СТАБИЛИЗАТОР . ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ по авт.св. 9 966675, о тл и ч а ю щ и и с,я тем, что, с целью повышения точности -и стабильнОсти выходного напряжения, в нем частотно-зависимая цепь обратной связи с дополнительным выходом выполнена на двух. цифроайалоговых преобразователях и двух интеграторах, причем вход указанной цепи обратной связи

:подключен. к входу первого цифроана,логового преобразователя, выход которого соединен с первым интегратором, выполненным на основе усилите! ля, восход которого подключен к допол- нительному выходу частотно-зависимой цепи обратной связи и через второй цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенный с ним второй интегратор - к выходу частот.но-зависимой цепи обратной связи, а источник опорного напряжения выпол нен управляемым и включает усилитейь мощности, преобразователь переменного налряжения в постоянное, сумматор, третий интегратор и опорный элемент, причем вход усилителя мощности соединен с выходом частотно- зависимой цепи обратной связи а выход через преобразователь переменного напряжения и постоянное - с одним из входов сум- Е матора, другой вход которого связан с опорным элементом, а выход связан Ц ф с входом третьего ийтегратора, выход фа которого подключен к выходу источни- % ка опорного напряжения,.кроме того, входы управления первого и второго цифроаналоговых преобразователей под ключены к выходу введенного блока управления.

1072020 ности переходных процессов при коммутациях частоты и амплитуды.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе частотнозависимая цепь обратной .связи с дополнительным выходом выполнена на двух цифроаналоговых преобразователях и двух интеграторах, причем вход укаэанной цепи обратной связи подключен к входу первого цифроаналогового преобразователя, выход которого

;соединен с первым интегратором, выполненным на основе усилителя, выход .которого подключен к дополнительному. выходу частотно-зависимой цепи обратной связи и через второй цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенный с ним второй интегратор -- к выходу частотно-зави: симой цепи обратной связи, а источник о:опорного напряжения выполнен управля емым и включает усилитель мощности,,преобразователь переменного напряже ния в постоянное, сумматор, третий интегратор и опорный элемент, причем

25 вход усилителя мощности соединен с

;выходом .частотно-зависимой цепи обратной связи, а выход через преобразователь переменного напряжения в постоянное - с одним из входов сумЗО матора, другой вход которого связан с опорйым элементом, а выход — с входом третьего интегратора, выход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, кроме того, 35 входй управления первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены к выходу введенного блока управления.

При этом стабилизатор, с целью

4п снижения длительности переходных про цессов при коммутации частоты, мо.жет быть снабжен i третьим цифроана логовым преобразователем, который включен между выходом сумматора и

4 входом третьего интегратора, вход управления введенного преобразоватеГ

2. Стабилизатор по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения длительности переходных процессов при коммутации частоты, он снабжен третьим цифроаналоговым преобразователем, который включен между выходом сумматора и входом третьего интегратора, вход управления указан" ного преобразователя также подключен к выходу блока управления.

3. Стабилизатор по пп.1 и 2, о т- л и ч а ю шийся тем, что, с це-. лью снижения длительности переходных

Изобретение относится к -электротехнике и может использоваться в установках для исследования и поверки радиотехнических приборов.

По основному авт.св. 9 9ббб75 известен стабилизатор, содержащий колебательное звено, включающее усилитель, охваченный частотно-зависимой обратной связью, включающей блок с дополнительным. выходом усилителя, и частотно-независимой обратной связью, включающей регулирующее звено, дополнительный выход усилителя через последовательно соединенные формирователь прямоугольного напряжения, первый ключ с первым запоминающим элементом и усилительный элемент подключен к входу регулирующего звена, основной выход усилителя соединен с одним из входов суммирующего усилителя, другой выход которого подключеи к источнику опорного напряжения, второй ключ, второй запоминающий элемент и логический инвертор, причем вход второго ключа соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход подключен к второму запоминающему элементу и входу перного ключа, управляющий вход второго ключа соединен с выходом формирователя прямоугольного напряжения через логический инвертор (11.

Недостатками устройства являются низкая точность и стабильность выход.ного напряжения и.сравнительно длительные переходные процессы, обусловленные ограниченными условиями устойчивости петлевого усиления в контуре стабилизации и, следовательно, большим влиянием неидентичности элементов .частотно-зависимой обратной связи на точность и стабильность амплитуды колебаний и длительность переходных процессов.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности выходного напряжения, а также снижение длительпроцессов при коммутации амплитуды, он снабжен четвертым и пятым цифро- аналоговыми преобразователями, причем четвертый цифроаналоговый преобразователь включен между выходом.источ ника опорного напряжения и выходом суммирующего усилителя, а пятый цифроаналоговый преобразователь — между опорным элементом и другим входом сумматора, при этом входы управления четвертого и пятого цифроаналоговых преобразователей также подключены к выходу блока управления.

1072020,ля,также подключен к выходу блока управления.

Кроме того, с целью снижения длительности переходных процессов при коммутации амплитуды, он снабжен четвертым и пятым цифроаналоговыми преобразователями, причем четвертый цифроаналоговый преобразователь включен между выходом источника опорного напряжения и выходом суммирующего усилителя, а пятый цифроаналоговый 10 преобразователь - между опорным элементом и другим входом сумматора,. .при этом входы управления четвертого и пятого цифроаналоговых преобразователей также подключены к выходу бло- 15 ка управления.

На чертеже изображена схема ста-. билизатора.

Усилитель 1 охвачен цепью частотно-зависимой обратной связи, состаВленной из цифроаналогового преобра- зователя .(ЦАП)..2, интегратора 3, второго ЦАП 4 и второго интегратора

5, к выходу интегратора З.подключены регулирующее звено б цепи частотнонезависимой обратной связи и формирователь 7 прямоугольных импульсов..

К управляющему входу регулирующего звена б подключена цепь последовательно соединенных усилительного элемента 8, ключа 9 с запоминающим. конденсатором 10, ключа 11 с запоминающим конденсатором 12,.суммирую- . щего усилителя 13 ° Логический инвертор 14 включен между управляющим входом ключа 11 и выходом формирова- З5 теля 7, к которому йодключен и ключ

9. Один вход суммирующего усилителя

13 соединен с.выходом интегратора 5, а второй вход - с цепью третьего интегратора 15, третьего ЦАП 1б.и сум- 40 матора 17. Четвертый ЦАП 18 включен в цепь обратной связи суммирующего усилителя 13. К выходу интегратора

5 подключена цепь последовательно соединенных усилителя 19 мощности, (преобразователя 2(Г переменного напряжения в ноатоянйое, сумматора 17, пятого ЦАП 21, элемента 22. Блок 23 управления подключен к управляющему входу каждого ЦАП,.

Стабилизатор работает следующим образом.

С блока 23 управления íà UAtI 2 -и

4 поступают сигналы управления частотой выходного напряжения в виде цифрового кода. Каждый ЦАП выполнен в виде резистивной, сетки R 2k с ключами, поэтому цифровой код преобразуетая в пропорциональное значение коэффициента передачи ЦАП. Колебания:в 60 схеме, содержащей усилитель 1, ЦАП 2, интегратор 3, ЦАП 4, интегратор 5 и цепь регулируемой обратной связи, возникают на частоте, на которой выполняются баланс фаэ и амплитуд. Пер-Я вое условие — баланс фаз — выполняется автоматически в широком диапазоне частот, так как усилитель 1 инвертирующий сдвигает фазу на -180, а каждый ЦАП и интегратор сдвигает фазу на 90 . ° Общий сдвиг фаз, равен 0

Второе условие « баланс амплитуд выполняется на частоте, завис щей от, коэффициента усиления усилителя 1, коэффициентов передачи ЦАП 2 и ЦАП 4, их выходных сопротивлений и емкостей конденсатордв интеграторов 3 и 5.

Поэтому, меняя коэффициент передачи

HAH 2 и 4, можно изменять условие баланса амплитуд а следовательно, и частоту колебаний. Поскольку в ЦАП используются только одинаковые резисторы с номинальными сопротивлениями .Р, и 2k, то коэффициент передачи ЦАП может изменяться в зависимости от числа и порядка включенных разрядов очень точно, поэтому коэффициенты передачи ЦАП 2 и 4 под действием сигналов управления изменяются:одинаково. Учитывая, что легко достигается практически точное равенство изменений коэффициентов передачи,.возмущения вносимые их неидентичностью в условиях баланса амплитуд и фаз незначительны. Следовательно,. при использовании ЦАП повышается стабильность амплитуды и частоты колебаний.

В такой схеме можно очень точно задать отношение частот, так как оно зависит только от коэффициентов передачи ЦАП.

Дальнейшее повышение точности и стабильности амплитуды достигается с помощью второго контура стабилизации, выполненного в виде управляемо-. го источника опорного .напряжения и включающего усилитель 19 мощности, преобразователь 20 переменного напря» жения в постоянное, сумматор 17, интегратор 15, в котором отклонения амплитуды переменного напряжения преобразуются в пропорциональное отклонение постоянного напряжения и через сумматор 17 и интегратор 15 меняется напряжение на входе сумми-. рующего усилителя 13, изменяя амплитуду колебаний в направлении устранения возникакщего отклонения. Точность и стабильность выходного напряжения определяются здесь преоб- разователем 20, высокая точнс,.сть Которого может быть обеспечена посредством реализации его, например, на операционном выпрямителе ° Однако при коммутации частоты возникают кратковременные коммутационные помехи, которые вызывают отклонения амплитуды.

Схема стабилизации .их устраняет, но длительность этого процесса может быть значительной. Для уменьшения этого времени введен ЦАП 16. Длительность переходного процесса зависит от постоянной времени интегратора

1072020

Составитель С.Чернышева

Редактор О.Юрковецкая Техред С.Легеза Корректор A. Тяско

Заказ 125/40 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

15 и коэффициента передачи цепи из усилителя 19, преобразователя 20, сумматора 17 и ЦАП 16. Это время нри данной амплитуде, при определенных соотношениях частоты генерируемых колебаний, коэффициента передачи и постоянной времени может быть равно. длительности двух периодов частоты колебаний. При изменении частоты колебаний эти соотношения нарушаются, что вызывает увеличение длительности переходного процесса. Если частота увеличивается, то переходный процесс становится колебательным и его длительность возрастает, если на-. оборот частота уменьшается, то пере- 5 ходный процесс становится апериодическйм, но его длительность также возрастает. Таким образом, для того чтобы длительность переходного процесса была минимальной и равнялась gp двум периодам колебаний при изменении частоты необходимо изменять коэффициент передачи ЦАП 16, что обеспечивается переключением ЦАП 16 синхронно с ЦАП 2 и 4. Для этого с бло- 25 ка управления на них поступают одновременно одинаковые цифровые коды.

Таким образом, достигается уменьшение длительности переходных периодов при коммутации частоты колебаний. . 30

При управлении амплитудой колебаний также возникают переходные процессы, для уменьшения длительности которых введены ЦАП 18 и 21,. при этом со схемы 23 управления на ЦАП 18З5 и 21 поступают сигналы в виде цифрового кода, пропорционального требуемому значению амплитуды колебаний.

Изменение амплитуды также является возмущением для контура стабилизатора, так как изменение напряжения с 4О выхода ЦАП 21 вызывает появление сигнала рассогласования на выходе сумматора 17, который через ЦАП 16, интегратор 15 и суммирующий усилитель

13 изменяет амплитуду направления в 45 направлении уменьшения рассогласования. Новое значение амплитуды выходного напряжения устанавливается не мгновенно, а через время, длительность которого составляет время переходного процесса. Причем при умень шении или увеличении амплитуды дли- . тельность переходного процесса воз- растает. Более того, при определенной малой амплитуде колебательный процесс переходит в самовозбуждение по огибающей. Все это обусловлено тем, что петлевое усиление местного контура стабилизации, включающего усилитель 13 с ЦАП 18 в цепи обратной связи, первый и второй ключи

9.и 11 с конденсаторами .10 и 12, усилитель 8, регулирующее звено 6 и колебательное звено из блоков 1-5, зависит от амплитуды колебаний и изменяется прямо пропорционально ей. Если амплитуда уменьшается, уменьшается и петлевое усиление ° Это -приводит к ухудшению переходных процессов. Отсюда ясно, что если изменять коэффициент усиления усилителя 13 обратно пропорционально амплитуде колебаний, то коэффициент усиления в местном контуре, будет оставаться постоянным, следовательно, переходные процессы будут минимальными по длительности.

Для этой цели ЦАП 18 введен в цепь обратной связи .усилителя 13. При этом, если на ЦАП 18 и 21 одновременно поступают одинаковые цифровые коды управления амплитудой, то коэффициент передачи ЦАП 18 прямопропор ционален цифровому коду, при этом коэффициент усиления усилителя 13 фудет изменяться обратно пропорционально цифровому коду и изменения петлевого усиления в местном контуре устраняются. Колебания быстро (за

2-3 периода) устанавливаются с новой амплитудой. Это является преимуществом предлагаемого стабилизатора перед известным.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность и стабильность выходного напряжения, а также снизить длительность переходных процессов при коммутации частоты и амп- литуды.