Стабилизатор переменного напряжения

 

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры и является дополнительным к изобретению по основному авт.св. № 1003042. Целью изобретения является получение случайных колебаний на выходе стабилизатора переменного напряжения . Цель достигается тем, что сумма коэффициентов () усиления по входам суммирующего усилителя 4 при напряжении на выходе стабилизатора меньше порога ограничения ограничителя 11 больше нуля, а при напряжении больше порога ограничения ограничителя 11 указанная сумма К , + +К,, -1. 2 з.п. ф-Лы, 2, ил. fe./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1И (51) 4 G 05 F 1/44 % ф (ь3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1003042 (21) 3612974/24-07 (22) 01.07.83 (46) 23.02.87. Бюл. № 7 (71) Томский политехнический инсти- . тут им. С.M. Кирова (7-) Ю.К. Рыбин (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1003042, кл. G 05 Г t/44, 198 1. (54) СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры и является дополнительным к изобретению по основному авт.св. № 1003042. Целью изобретения является получение случайных колебаний на выходе стабилизатора переменного напряжения. Цель достигается тем, что сумма коэффициентов (К,+К,) усиления по входам суммирующего усилителя 4 при напряжении на выходе стабилизатора меньше порога ограничения ограничителя 11 больше нуля, а при напряжении больше порога ограничения ограничителя 11 указанная сумма K +

+К, (— 1. 2 з.п. ф- ты, 2 ил.

44 2 открывают ключи 5 и !2, когда на выходе интегратора 3 действует либо максимальное, либо минимальное напряжение, соответствующее положительной или отрицательной полуволне напряжения.

В запоминающих элементах 6 и 13 формируется переменное прямоугольное напряжение скважностью два, амплитуда которого пропорциональна амплитуде напряжения на выходе интегратора

3. Прямоугольные колебания с выхода элемента 6 форсируют нарастание колебании. В момент, когда амплитуда положительной или отрицательной полуволны достигает порога ограничения двустороннего ограничителя 11, на его выходе появляются отсеченные вершины синусоидальных полуволн. В суммирующем усилителе 4 они вычитаются из напряжения, поступающего с выхода интегратора 3, амплитуда прямоугольного напряжения уменьшается, нарастание колебаний замедляется.

Работа стабилизатора нроисходит следующим образом.

При выполнении условий воэбужде- gp ния в колебательном звене возникают колебания, которые на входе .формирователя 10 импульсов создают короткие импульсы всякий раз, когда колебания на выходе интегратора 2 проходят че- >5 рез ноль. Эти импульсы возникают дважды за период в моменты, совпадающие с максимумами напряжения на выходе интегратора 3, поэтому они

1 12919

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к области разработки стабилизаторов переменного напряжения, предназначено для использования в прецизионных измерительных приборах и устройствах, где необходимы стабилизаторы синусоидального и несинусоидального (случайного) напряжения, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 1003042.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем получения случайных колебаний, а также получение случайных колебаний с любым заданным законом распределения вероятностей.

На фиг.1 представлена схема ста-. билизатора; на фиг.2 — диаграммы поясняющие его работу.

Стабилизатор содержит колебательное звено, состоящее из инвертора 1, первого 2 и второго 3 интеграторов, последовательно соединенные сумматор, выполненный на суммирующем усилите25 ле 4, электронный ключ 5 и запоминающий элемент 6 (состоящий, например, из конденсатора 7 и масштабного усилителя 8), выход которого связан с вторым входом 9 инвертора 1. Управляющий вход электронного ключа 5 соединен через формирователь 10 импульсов с выходом первого интегратора 2.

Входы суммирующего усилителя 4 соединены с выходом второго интегратора 3 через двусторонний ограничитель

11 и непосредственно. Кроме того, стабилизатор содержит последовательно соединенные дополнительный ключ 12 и запоминающий элемент 13, состоящий из конденсатора 14 и повторителя 15.

Управляющий вход клю1а соединен с выходом формирователя 10, сигнальный с выходом интегратора 3, а выход дополнительного запоминающего элемента — с дополнительным выходом стабилизатора 16.

При определенной амплитуде колебаний на выходе интегратора 3 амплитуда отсеченных полуволн на выходе ограничителя 11 становится равной и противоположной по фазе амплитуде колебаний на выходе интегратора 3. Прямоугольные колебания уменьшаются до нуля. В стабилизаторе устанавливаются устойчивые синусоидальные колебания. Основное отличие предлагаемого стабилизатора от известного состоит в том, что в нем возможна стабилизация не только колебаний синусоидальной формы, но и случайных колебаний.

Случайные колебания в данном стабилизаторе возможны в режиме, когда при изменении параметров контура стаЪ билизации синусоидальные колебания становятся неустойчивыми. В обычных стабилизаторах такие режимы, как правило, не допускаются. Вместе с тем выход за границу устойчивости позволяет получать непериодические колебания в некоторых вполне определенных пределах.

Для объяснения случайного характера изменения амплитуды колебаний рассмотрим закон изменения их амплитуды. Известно, что колебания в кбнсервативном колебательном звене, каким является звено иэ инвертора 1, первого 2 и второго .3 интеграторов, если звено линейное, происходят

1291944 практически по синусоидальному закону.

На фазовой плоскости переменных

Х и Y соответствующих напряжениям на выходах интеграторов 3 и 2, синусоидальные колебания во времени определяют движение изображающей точки по окружности с центром, находящимся на оси Х. Положение центра окружности зависит от напряжения на 1<> выходе запоминающего устройства 6.В нашем случае это напряжение постоянно в течение полупериода. Поэтому об амплитуде колебаний можно судить по значению длин отрезков, отсекаемых (фиг.2a) окружностью на оси Х. Легко видеть, что значение предыдущей положительной Х„ и последующей отрицательной Х амплитуд полуволн определяется соотношением

Х„„= -X„— 2f (Х„) = F (Х„), где Й (Х„) — функция, зависящая от вида характеристик ограничителя 11 суммирующего усилителя 4 и масштабного усилителя 8.

На фиг.2<> представлен график

r(X„). Условием возникновения слу" чайных колебаний является

>х „ fю<х >

Откуда находим, что

35 ! аг<х >, «<х >,>х,<х„

Функция F(Х„) в стабилизаторе образована функциями передачи блоков 4 и 11, причем при амплитудах колебаний меньше порога ограничения блока

11 имеем

Следовательно, при Х„ (Х случайные колебания возникают при К ) О. Если

1 же напряжение Х превышает значение

Х, то начинает работать двусторонний ограничитель 11 и учитывая, что

=к - - =к -к дх 1ъ dX 1 2 и и где коэффициенты К., и К вЂ” соответственно коэффициенты усиления суммирующего уси>ителя по входам, связанным с выходом устройства и ограничителя 11.

Таким образом, можно записать условия возникновения случайных колебаний: К, + К, > О (до порога ограничения), К, + К, < -1 (после порога ограничения).

На фиг.26 представлено графическое изображение Х по шагам. Задав начальное значение Х, амплитуды, например, положительной полуволны, легко найти значения амплитуд всех последующих полуволн. Видно, что все значения Х„ образуют неповторяющуюся последовательность, которая имеет случайный характер. Следовательно, колебания на выходе интегратора 3 имеют вид непериодических колебаний, составленных из полуволн синусоидального напряжения со случайной амплитудой, лежащей в пределах (Х„) а(2Х,).

На выходе запоминающего элемента 13 те же колебания имеют вид кусочно-постоянных отрезков длительностью, равной половине периода, и амплитудой, пропорциональной ампли" туде Х„. Теоретический анализ показывает, что амплитуда колебания Х.

li имеет равномерный закон распределения в пределах — 2Х с Х„ 2Х,. Известно, что для такого закона математическое ожидание равно нулю, а

2 дисперсия DCX 4/Зх, т.е. в данном режиме стабилизируются математическое ожидание и дисперсия случайных колебаний.

Для изменения закона распределения случайных колебаний инвертор и масштабный усилитель выполнены нелинейными. Если, например, инвертор выполнить в виде усилителя с большим коэффициентом усиления, то случайные колебания на выходе интегратора

2 будут иметь вид треугольных, а не синусоидальных полволн со случайной амплитудой колебаний, что приводит к изменению закона распределения.Ана;логично закон. распределения меняется, если выполнить нелинейным и масштабный усилитель.

Переход от реж ма стаби изации колебаний синусоидальной формы к режиму стабилизации колебаний случайной формы легко осуществляет изменением только коэффициента передачи суммирук>щего усилителя 4 по входу, связанному с выхо1291944 дом двустороннего ограничителя 11.

На практике это возможно переключением, например резистора.

Двусторонний ограничитель 11 можно выполнить на двустороннем стабилитроне или на прецизионном операционном ограничителе колебаний. В последнем случае двусторонний ограничитель выполнен на операционных усилителях ОУ1 и ОУ5 и масштабных усилителях ОУ2 и ОУ6, а суммирующий усилитель 4 — на ОУЗ и ОУ4. Регулируя положение движков потенциомет ров Р и P, одновременно можчо переходить от режима стабилизации синусоидальных колебаний и колебаний случайной формы, а изменяя положение потенциометров Р, и P „ можно изменять либо амплитуду синусоидальных колебаний, либо дисперсию случайных.

Таким образом, в предлагаемом стабилизаторе по сравнению с известным реэко расширены функциональные возможности, так как в нем имеется возможность стабилизировать не только колебания периодической синусоидальной формы, но и колебания случайной формы.

Формула изобретения

1. Стабилизатор переменного напряжения по авт.св. 9 1003042, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения случайных колебаний, сумма коэффициентов уси5 ления по входам сумматора при напряжении на выходе стабилизатора меньше порога ограничения усилителя-ограничителя больше нуля, а при напряжении на выходе стабилизатора больше порога ограничения усилителя-ограничителя меньше минус единицы.

2. Стабилизатор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью дальнейшего расширения функциональных воэможностей путем получения случайных колебаний с любым заданным законом распределения вероятностей, инвертор выполнен нелинейным, а запоминающий элемент включает в себя масштабный усилитель, выполненный также нелинейным.

3. Стабилизатор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

25 получения равномерного закона распределения вероятностей случайных колебаний, в него введены последовательно соединенные дополнительные ключ и запоминающий элемент, причем управляющий вход дополнительного ключа соединен с выходом формирователя импульсов, сигнальный вход — с выходом второго интегратора, а выход дополнительного запоминающего элемента подключен к введенному дополни35 тельному выходу стабилизатора.

1291944

<) (x ) (x> (х

Х7 (Х,1

Фиг.Р

Составитель С. Черньппева

Техред А.Кравчук Корректор В. Бутяга

Редактор В. данко

Заказ 263/46 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4