Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786322/21 (22) 23.01.90 (46) 30.01.92. Бюл. М 4 (71) Минский научно-исследовательский приборостроительный институт (72) 0,8. Дворников и Б.Д. Муравьев (53) 621.317.7 (088.8) (56) Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. M.: Советское радио, 1977, с. 130, рис.3.19.

Авторское.свидетельство СССР

ЬЬ 1140053, кл. G 01 R 19/02, 21.06.83. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ 0EPFMEHHOГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в вольтметрах, измеряющих переменное напряжение по уровню среднеквадратических значений амплитуды переменного напряжения. Цель изобретения — повышение точности измерений (преобразования) напряжений сложной формы с большим коэф.. Ж 1709229 А1 фициентом амплитуды — достигается применением транзисторов 12 — 14. Устройство содержит также первый усилитель 1, формирователь 2 модуля. транзисторы 3-5, второй усилитель 6, резистор 7, конденсатор 8, резистор 9, третий усилитель 10,.транзистор 11. Новым является введение дополнительных транзисторов с площадью эмиттерных переходов e Q раз меньшей,, чем площадь эмиттерных переходов транзисторов 3-5,11, и введение резисторов

15 и 16, величина сопротивлений которых определяется обьемными сопротивлениями областей эмиттера и базы транзистора

4: Транзисторы 3-11 и 12-14 соответственно согласованы по напряжению эмиттербаза и по коэффициенту передачи тока эмиттера в схеме с общей базой. Подбор величины сопротивления резисторов 15-и .

16 обеспечивает уменьшение погрешности преобразования, вызванной неидеальностью характеристик транзисторов с коэффициентом амплитуды от 1 до 10, в 40-100 раз. 1 ил.

1709229

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, в частности, в универсальных цифровых вольтметрах, Цель изобретения — повышение точности преобразования входного сигнала произвольной формы с большим коэффициентом амплитуды.

На чертеже приведена электрическая схема преобразователя среднеквадратического значения (СКЗ).

Преобразователь СКЗ содержит первый усилитель 1, вход которого соединен с выходрм формирователя 2 модуля и коллектором первого транзистора 3, а выход — с эмиттером второго 4 и третьего 5 транзисторов, коллектор последнего соединен со своей базой и эмиттером первого транзистора 3, второй усилитель 6, выход которого соединен с выходной шиной и через параллельно включенные первый резистор 7 и конденсатор 8- с его входом, а через второй резистор

9 — с входом третьего усилитечя 10 и коллектором четвертого транзистора 11.

Выход третьего усилителя 10 соединен с базами второго 4 и шестого 12 транзисторов и эмиттерами четвертого 11 и пятого 13 транзисторов, база последнего соединена с базой четвертого транзистора 11, коллектором седьмого транзистора 14 и через третий резистор 15- с шиной нулевого потенциала, Коллектор пятого транзистора 13 соединен с коллектором шестого транзистора 12, базой первого транзистора 3 и через четвертый резистор 16 — с шиной 17 нулевого потенциала.

Змиттеры третьего 5. шестого 12 и седьмого 14 транзисторов соединены.

Преобразователь СКЗ работает следующим образом, Входное напряжение поступает на вход формирователя 2 модуля. При м".ëoì входном токе операционного усили-;еля 1 выходной ток формирователя модуля пропорционален модулю входного напряжения и равен току коллектора транзистора 3. Напряжение на выходе усилителя 1, охваченного обратной, связью через транзисторы 3 и 5, пропорционально удвоенному логарифму модуля входного сигнала 2 fn I Usx I. Величина сопротивлений резисторов 15 и 16 мала и роль их при малых базовым токах не существенна. Напряжение на базе транзистора 4 пропорционально логарифму выходного напряжения преобразователя, так как оно определяется лагарифмирующим звеном (9,10 и 11), осуществляющим обратную связь. Падение напряжения на переходе база"эмиттер транзистора 4 пропорционально . разности выходных напряжений логариф5

45 мических преобразователей на усилителях 1 и 10 (2 (b I Usx I — (и Овых), а коллекторный ток транзистора 4 пропорционален ехр (2fh I Usx I — Ь живых)

При достаточно большой постоянной времени RC-цепочки, состоящей иэ конденсатора 8 и резистора 7, включенной в обратную связь операционного усилителя

6, напряжение на выходе преобразователя

1 т

Uavx - - f ехр(2Ы0 xI — л Us x) бт, (1) где Т вЂ” период изменения входного напряжения Uax(t);

U»x — среднеквадратическое значение входного напряжения Usx(t).

Включение небольшой отрицательной

ЗДС между низкопотенциальной шиной и базами транзисторов 3 и 11, создаваемой соответственно резисторами 16 и 15 при прохождении по ним коллекторных токов . транзисторов 12, 13 и 14, приводит к изменению выходного напряжения преобразователя — напряжение на резисторе 16 приводит к увеличению выходного напряжения преобразователя, а напряжение на резисторе 15 — к уменьшению выходного нап ряжения п реобразователя.

При преобразовании постоянного входного напряжения увеличение и спад выходного напряжения, обусловленные обратной связью, взаимно компенсируются, При преобразовании напряжения переменного тока мгновенные значения напряжений на переходах эмиттер-база и коллекторные токи транзисторов 3, 4 и

11 не равны и как следствие этой разницы увеличивается мгновенное значение отрицательного напряжения на резисторе

16, компенсирующее спад выходного напряжения при увеличении коэффициента амплитуды, являющейся погрешностью преобразователя.

Погрешность преобразования при любом коэффициенте амплитуды можно оценить следующим образом.

Из уравнений Зберса-Молла с учетом объемных сопротивлений базовой Ra u эмиттерной RE областей падение напряжения на прямосмещенном переходе базаэмиттер Uap при условии равенства кулю напряжения на переходе коллектор-база цсв - 0 и большого прямого смещения перехода база-эмиттер Uep > 3 у составляет

iles р, Ь --г — + RE + Re (1, lc lñ с (2) где I< — колле кторный ток;

1709229

lE0- обратный ток насыщения перехода эмиттер-база; рг — температурный потенциал; а..— статический коэффициент передачи тока в схеме с общей базой. 5

Соотношение (2) можно прг:дставить в следующем виде:

u>< = «р, Ь „+ Ь, (3) где Ь RE + — Вь (1 — а) (4) — падение

Q Я напряжения на объемных сопротивлениях змиттврной и базовой областях транзистора.

С учетом (2), (3) и (4) мгновенное значение напряжения на переходе база-змиттер транзистора 4 определяется выражением

UBE = у (П вЂ”, + 64 = с4

Сй 1Е04

= 2 p, fn ——

lcg

W le0a

lcc11 „R16 (l + — В16+ 2 ha — Лй, (5) где Q — отношение площади эмиттера топологически одинаковых транзисторов 3, 4, 5 и 11 к площади эмиттера топологически оди- 30 иаковых транзисто",ов 12 — 14;

Зез, lc4,1„11 — коллектоРный TQK тРанзисторов 3, 4 и 11; пз„Я, й11 — статичский коэффициент передачи тока в схеме с общей базой тран- 35 зисторов 3, 4 и 1 „

ha, N, Ь41 — обратный ток насыщения перехода эмиттер-база транзисторов 3, 4 и

11;

1е0З, 1е04, Ie011 — падение напряжения, 40 определяемое выражением (4);

Я 16, R16- величина сопротивления резисторов 15 и 16.

Отсюда среднее значение тока коллектора транзистора 4

45 с а4 11 R9 Есч 6011

%Г ч У 3 ц,, -„!их

I (6) д4 6 1 Ra+ (Зсмк+ Зфп)

Pr J где 0вх — выходное-напряжение преобра55 зователя СКЗ;

Т вЂ” период входного напряжения; йт — величина сопротивления обратной связи усилителя 6, И погрешность преобразования напряжения периодической последовательности однополя рных прямоугольн ых импульсов определяется выражением

2h -ь1-ь - а я15+ — 5-(1; +1. )

>з ям д— г

При условии R16 - R16 выражение (7) принимает следующий вид:

ГДЕ IcacKa- СРЕДНЕКВаДРатИЧЕСКОЕ ЭНаЧЕНИЕ коллекторного тока транзистора 3;

l4 — коэффициент амплитуды переменного напряжения.

R16

Отсюда следует, что при погрешность преобраа зования д = 0 при любом коэффициенте амплитуды, т.е, дополнительно вверенные транзисторы и резисторы компенсируют погрешность преобразования, вызванную падением напряжения на объемных сопротивлениях области базы и эмиттера транзисторов.

Аналогично можно определить погрешность преобразования преобразователя при других типах входных сигналов, однако при преобразовании однополярных прямоугольных импульсов погрешность наибольшая.

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает минимальные погрешности преобразования как сигналов синусоидальных, так и периодической последовательности прямоугольных импульсов с большим коэффициентом амплитуды.

Формула изобретения

1. Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное, содержащий три усилителя, формирователь модуля, пять транзисторов, два резистора, причем вход первого усилителя соединен с выходом формирователя модуля и коллектором первого транзистора, а выход — с эмиттерами второго и третьего транзисторов, коллектор последнего соединен со своей базой.и эмиттером первого транзистора, выход второго усилителя соединен с выходной клеммой и через параллельно соединенные первый резистор и конденсатор с его входом, а через второй резистор — с входом третьего усилителя и коллектором четвертого транзистора; эмиттер которого соединен с базой второго тран-, 2, Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения точности преобразования, транзисторы размещены на общей подложке, площади переходов баэз-змиттер первого, второго, третьего, четвертого транзисторов в 0 раэ больше, чем площади переходов база-эмиттер пятого, шестого и седьмого транзисторов, а сопротивления третьего Йз и четвертого R< резисторов удовлетворяют условию эистора и с выходом третьего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования входного сигнала произвольной формы с большим коэффициентом амплитуды, введены 5 вестой и седьмой транзисторы, третий и четвертый резисторы, причем переход ба.за змиттер шестого транзистора подсоединен параллельно переходу база-змиттер второго транзистора, переход база-эмиттер 1Î седьмого транзистора подсоединен параллельно переходу база-змиттер третьего транзистора, переход база-змиттер пятого транзистора подсоединен параллельно переходу база-змиттер четвертого транзисто- 15 ра, коллектор седьмого транзистора соединен с базой четвертого транзистора и через третий резистор с шиной нулевого потенциала, база первого транзистора соединена с коллекторами шестого и пятого 20 транзисторов и через четвертый резистор — с шиной нулевого потенциала, коллектор второго транзистора соединен с входом второго усилителя.

R3 2Q- %+ где RE, Ra — сопротивление соответственно эмиттерной и базовой области второго транзистора; а- статический коэффициент передачи тока в схеме с общей базой второго транзистора, 1

Составитель Л. Фомина

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор Ю. Середа

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 422 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113ОЗБ, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное Преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения в постоянное 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах контроля переходных процессов в сетях переменного тока

Изобретение относится к обработке сигналов и может быть использовано в измерительной технике при определении среднего значения сигналов в присутствии помех

Изобретение относится к элеткроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных генераторах низкочастотных сигналов, на выходах которых имеются гармонический сигнал и случайный шум

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах напряжения произвольной формы

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах напряжения произвольной формы

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в вольтметрах напряжения произвольной формы

Изобретение относится к электроизмерительной технике Цель изобретения - повышение точности и упрощение способа Способ заключается в разделении сигнала на низкочастотную и высокочастотную составляющие , измерении их квадратов среднеквадратического значения и извлечении квадратного корня из суммы результатов измерений

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частоты гармонического сигнала

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем

Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту

Изобретение относится к диагностическому устройству для амперометрического определения тока, текущего через датчик

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерениям действующего значения переменного напряжения по результатам оценки выборок такого напряжения

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к измерению больших постоянных токов пакета шин

Изобретение относится к электрорадиоизмерениям, а именно к измерениям постоянной составляющей гармонического сигнала

Изобретение относится к электронике
Наверх