Ваттметр

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов измерения мощности. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измеряемых мощностей и повышение точности. Для этого в устройство, содержащее логарифмические усилители i и 2 напряжения и тока, блок 3 суммирования, блок 4 потенцирования, вольтметр 5, входные клеммы 9 и 10, введены блоки переключенья пределов измерения 6, выбора пределов измерения 7, опорного напряжения 8. В материалах изобретения приведен конкретный пример выполнения блоков 1-8. Опорное напряжение зависит от температуры, это позволяет компенсировать температурную погрешность ваттметра. Также необходимо , чтобы транзисторы 12, 19, 20 и 46 имели одинаковые параметры и чтобы между ними было минимальное теаповое сопротивление для обеспечения их одинаковой рабочей температуры . Изготовление транзисторов в едином технологическом цикле и на одной подложке удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5D4G 01 R 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A STOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3901829/24-21 (22) 29.05.85 (46) 30.01.87. Бюл. У 4 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Н,Н. Губанов, П.Н.Лепешкин, В.А.Прянишников и В.N.×àïàéêèí (53) 621.317(088.8) (56) Тимонтеев В.Н,, Величко Л.М,, Ткаченко В.A. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре. — M.: Радио и связь, 1982, с. 1А (54) ВАТТМЕТР (57) Изобретение относится к области измерительной техники. Может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов измерения мощности. Целью изобретения является расширение динамического диапазона измеряемых мощностей и повышение точности. Для этого в устройство, содержащее логарифмические усилители 1 и 2 напряжения и тока, блок 3 суммирования, блок 4 потенцирования, вольтметр 5, входные клеммы 9 и 10, введены блоки переключения пределов измерения 6, выбора пределов измерения 7, опорного напряжения 8. В материалах изобретения приведен конкретный пример выполнения блоков 1-8. Опорное напряжение зависит от температуры, это позволяет компенсировать температурную погрешность ваттметра. Также необходимо, чтобы транзисторы 12, 19, 20 и 46 имели одинаковые параметры и чтобы между ними было минимальное. тепловое сопротивление для обеспечения их одинаковой рабочей температуры. Изготовление транзисторов в едином технологическом цикле и на одной подложке удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям. 1 ил.

1. 12870

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором nper

Цель изобретения — расширение динамического диапазона измеряемых мощностей и повышение точности эа счет автоматического переключения масштаба измерения и компенсации темпера- 10 турной погрешности.

На чертеже .приведена функциональная схема ваттметра.

Устройство содержит логарифмические усилители 1 и 2 напряжения и то- 15 ка, блок .3 суммирования, блок 4 по енцирования, вольтметр 5, блок 6 переключения пределов измерения, блок 7 выбора пределов измерения,. блок 8 опорного напряжения, причем 20 измеряемое напряжение и ток с входных клемм 9 и 10 поступают на входы логарифмических усилителей тока 2 и напряжения 1. При этом логарифмический усилитель 1 напряжения выполнен на операционном усилителе 11, прямой вход которого соединен с общей шиной, а инвертирующий вход соединен с базой и коллектором транзистора 12 и через резистор 13 — с входной клеммой 9, 30 эмиттер транзистора 12 соединен с выходом операционного усилителя 11 и через резистор 14 — с инвертирующим входом операционного усилителя 15, блока 3 суммирования, первым выводом . 35 резистора 16, а также через резистор 17 — с выходом операционного уси— лителя 18 и эмиттером транзистора 19, являющимся выходом логарифмического усилителя 2 тока. Причем коллектор 40 и база транзистора 19 соединены с входной клеммой 10 инвертирующим входом операционного усилителя 18, прямой вход которого соединен с общей шиной, прямым входом операционно- 45 го усилителя 15, выход которого соединен с вторым выводом резистора 16 и входом блока 4 потенцирования, который выполнен на транзисторе 20, база которого является входом блока 4 50 потенцирования, а коллектор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 21 и через резистор 22 — с выходом операционного усилителя 21, являющимся выходом блока 4 потенциро- 55 вания, который соединен с первым выводом вольтметра 5, второй вывод которого соединЕн с прямым входом операционного усилителя 21 и общей ши26 2 ной. БлОк 6 переключения пределов измерения выполнен на транзисторных ключах 23-26, входы которых подключены к резисторному делителю опорного напряжения, который выполнен на ре— эисторах 27 — 31, причем первый вывод резистора 27 соединен с общей шиной, а второй вывод резистора 31 соединен с первым выходом блока 8 опорного напряжения, при этом точки соединения резисторов 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30, 30 и 31 соединены с соответствующими входами ключей 23-26, выходы которых объединены и подключены к эмиттеру транзистора 2о, явпяющемуся входом блока 4 потенцирования, а управляющие входы ключей 23-26 соединены с выходами блока 7 выбора пределов измерения, выполненного на компараторах 3234 напряжения, прямые входы которых объединены и подключены к входу блока 4 потенцирования, а выходы компараторов 32-34 напряжения соединены с логическими элементами ТОЖДЕСТВЕННОЕ ИЛИ 35-38, выходы которых являются выходами блока 7 выбора пределов измерения, причем инвертирующие входы компараторов 32-34 напряжения соединены с резисторным делителем опорного напряжения, выполненного на резисторах 39-42, причем первый вывод резистора 39 соединен с общей шиной, а второй вывод резистора 42 соединен с первым выходом блока 8 опорного напряжения, при этом точки резисторов 39-40, 40-41 41-42 соединены с инвертирующими входами компараторов 32-34 напряжения, причем точка соединения резисторов 40 и 41 подключена к второму выходу блока 8 опорного напряжения, выполненного на операционном усилителе 43, выход которого является первым выходом блока 8 опорного напряжения, прямой вход операционного усилителя 43 соединен с общей шиной, первым выводом источник 44 опорного напряжения соединен через резистор 45 с инвертирующим входом операционного усилителя 43 и эмиттером транзистора 46, коллектор и база которого объединены и являются вторым выходом блока 8 опорного напряжения.

Ваттметр работает следующим образом.

Пусть требуется измерить мощность

1хх Пх х.

Измеряемый ток I поступает на клемму 10 ваттметра. Затем этот ток

1287026 (4)

45

50 логарифмическим усилителем 2 тока преобразуется в напряжение. Аналогично измеряемое напряжение U поступает на клемму 9 ваттметра. Затем напряжение поступает в логарифмический усилитель 1 напряжения.

Выходные напряжения логарифмического усилителя 2 тока и логарифмического усилителя 1 напряжения соответвенно равны: 10

U =-tg 1n — — -

1х (1) эо<

-1

"2 — с г1п —" — - —, (2) эо2 где („ — температурный потенциал;

I I — обратный ток эмиттера транэо< эо2 зисторов 19 и 12;

R — резистор 13.

Выходное напряжение блока 3 сумми- 20 рования равно

U> =П +U =y ln(---- — — — ) . (3)

1х П R<

Эа< ЭО2

В результате получается напряжение

У пропорциональное логарифмическому произведению напряжения Пх и тока I

Для получения линейной зависимости применяется блок 4 потенцирования. Выходное напряжение блока потенцирования, зависящее от выходного напряженйя блока 3 суммирования, подаваемого на базу транзистора 20 и опорного напряжения П „,, подаваемого на эмиттер транзистора 20, равно 35

Ug-U „

U =-I . ехр-- — "-=

4 р> ц, <1

1эо i Ra Ох 1х IiR> Тэо4 i

< эо< эо2 оп где I I — обратный ток эмитЭОЭ ЭО4 тера транзисторов 20 и 46;

R,R> — резисторы 22 и 45;

По„ вЂ” напряжение источника 44;

n — коэффициент деления делителя блока 6 переключения пределов измерения.

Из этого следует, что для изменения масштаба между измеряемой мощностью Р„ и напряжением U4, измеряемым вольтметром 5 (что эквивалентно выбору предела измерения), можно изменять коэффициент деления делителя в блоке 6 переключения пределов измерения.

Предел измерения (масштаб между измеряемой величиной Р„ и напряжением U ) выбирается автоматически блоком 7 выбора пределов измерения, который состоит из компараторов 3234 напряжения, сравнивающих напряжение U, поступающее с выхода блока 3 суммирования, с напряжениями, снимаемыми с делителя, выполненного на резисторах 39-42.

Делитель напряжения подключен к выходу операционного усилителя 43, инвертирующий вход которого соединен с эмиттером транзистора 46 и с резистором 45, другой вывод которого соединен с источником 44 опорного напряжения. База и коллектор транзистора 46 подключены к средней точке делителя напряжения.

Напряжение на вйходе операционного усилителя 43, питающее делитель напряжения на резисторах 39-42, равно

Ооп 1 41 +R41

V =, 1п — — — — (1+ — — — --). (5)

ЗЭ 40

Так как выполняется равенство

U = q 1п(— >- — -) 2 (6) о

Rq 1эо4

Изменение измеряемой мощности на декаду вызывает изменение напряжения на выходе блока 3 суммирования на V=g, 1n(0) . (7) Пороговое напряжение, формируемое делителем на резисторах 39-42, должно отличаться на эту же величину.

На выходе k-го компаратора напряжения появится напряжение "1", если

U>> U„,„или U>-U„„=С, где <" — порог чувствительности компаратора.

При Я 0

-!

Ч,ln(- — -- — -) -К ц, ln(- — - — ) =0, 1, Ох 1 Up эо< эо2 g 1 эо4 (8) где К вЂ” коэффициент деления делителя, напряжения на резисторах 39-42.

После упрощения легко показать, что

«

Ixох . Г П « (R===) 2 (9)

R ° эм эо2 Rэ эо4.Выражение показывает, что выбор предела измерения легко осуществить изменением коэффициента делени< К

128 делителя, это равносильно срабатыванию k-го компаратора. К выходам компараторов 32-34 напряжения подключены четыре логических элемента ТОЖДЕСТВЕННОЕ ИЛИ 35-38, на выходах которых появляется "1" в зависимости

1 от выбранного диапазона. При этом на других выходах появляется напряжение "0" . Эти напряжения поступают на входы ключей 23-26, находящихся в блоке 6 переключения пределов измерения. Ключ, на вход которого поступает напряжение "1", находится в открытом состоянии и напряжение с делителя, собранного на резисторах 273 1, поступает на вход блока 4 потенцирования, вызывая изменение масштаба измерения.

Если измеряемая мощность соответствует первому пределу измерений, то выходное напряжение блока 3 суммирования не превышает пороговых напря>кений на иннертирующих входах компараторов 32-34 напряжения. На ныходах компараторов 32-34 напряжения формируются напряжения "0, а на выходе логического элемента 35 появляется сигнал "1". На выходах элементов 3638 сигналы соотнетствуют "0". Эти сигналы поступают в блок 6 переключения пределов измерения. При этом ключ 23 находится в открытом состоянии, так как на его вход поступает напряжение "1", С выхода делителя, собранного на резисторах 27-.31, напряжение через открытый ключ 23 поступает на вход блока 4 потенциронания. Это напряжение зависит от выбранного диапазона и равно и д, .1n(П )г

Лог т (10)

>о

Коэффициент деления делителя блока 6.переключения пределов измерения для первого предела измерения определяется выражением

7026 6 было минимальное тепловое сопротивление для обеспечения их одинаковой рабочей температуры. Изготовление транзисторов в едином технологичес5 ком цикле и на одной подложке удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям.

Если измеряемый ток соответствует второму пределу измерений, то выход10 ное напряжение блока 3 суммирования становится больше порогового, подаваемого на инвертирующий вход компаратора 32 напряжения, но меньше пороговых напряжений компаратора 33 и 34

15 напряжения. На выходе компаратора 32 напряжения формируется напряжение., соотне гствующее "1". При этом напряжение "1" появляется на выходе логического элемента 36. На выходах

20 остальных логических элементов 35, 37 и 38 напряжение соответствует "0".

Эти напряжения, поступив в блок 6, вызывают. открывание ключа 24. Ключи 23, 25 и 26 находятся в закрытом

25 состоянии. На вход блока 4 потенциронания поступает опорное напряжение, определяемое коэффициентом деления делителя:

Е гт +Rz»

n,=- — — — —— (12)

27 78 29 30 >1

Коэффициент передачи блока 4 потенцирования уменьшается.

Унеличение выходного напряжения

35 блока 3 суммирования может быть вызвано как увеличением тока I„, так и увеличением напряжения U

Аналогичным образом работает ваттметр при других значениях измеряе40 мой мощндсти.

Предлагаемая схема ваттметра позволяет расширить динамический диапа— зон измеряемых мощностей и снизить погрешность измерения мощности за

45 счет уменьшения влияния изменений температуры окружающей среды.

Rzg п, -- — — — — ---- — -- — —. (»)

Rzz >8 > > зо R u

Блок потенцирования работает с максимальным коэффициентом передачи, что соответствует наиболее чувствительному пределу измнрения.

Опорное напряжение зависит от температуры, что позволяет компенсировать температурную погрешность ваттметра. Также необходимо, чтобы транзисторы 12, 19, 20 и 46 имели одинаковые параметры и чтобы между ними

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

50 Ваттметр, содержащий логарифмические усилители напряжения и тока, выходы которых подключены к входам блока суммирования, выход которого подключен через блок потенцирования

55 к вольтметру, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности измерения, в него введены блок выбора пределов измерения, 128

Составитель А.Заборня

Редактор M.Äûëûí Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 7711/46 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, блок переключения пределов измерения, блок опорного напряжения, выполненный на операционном усилителе, транзисторе и последовательно соединенных резисторе- и источнике опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной и прямым входом операционного усилителя, а второй — через резистор с эмиттером транзистора и инверсным входом операционного усилителя, выход операционного усилителя, являющийся первым выходом блока опорного напряжения, 7026 8 подключен к входам блоков выбора пределов и переключения пределов, вторым выходом блока опорного напряжения являются соединенные база и коллектор транзистора, подключенные к второму входу блока выбора пределов, выходы которого подключены к управляющим входам блока переключения пределов, выход которого подf0 ключен к второму входу блока потенцирования, вход которого подключен к третьему входу блока выбора пределов.