Контактный модулятор тока



Контактный модулятор тока
Контактный модулятор тока
Контактный модулятор тока

 


Владельцы патента RU 2490782:

Афанасьев Александр Юрьевич (RU)
Афанасьев Юрий Васильевич (RU)

Настоящее изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений. Оно основано на применении электромагнитных реле, называемых вибропреобразователями. В устройстве вибропреобразователь выполнен на основе неполяризованного реле и возбуждается током в виде знакопеременных прямоугольных импульсов. Модуляция осуществляется на одной из четных гармоник. Это достигается тем, что коммутация входного тока происходит дважды за период тока возбуждения, причем длительность импульсов модулированного тока совпадает с длительностью знакопеременных импульсов тока возбуждения, равной π/2n, где n - номер выбранной четной гармоники.

Технический результат заключается в возможности существенно уменьшить смещение и дрейф нуля заявляемого устройства, в повышении надежности работы устройства и увеличении срока его службы. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений в усилителях типа МДМ (модулятор-демодулятор).

В высокочувствительных МДМ-усилителях преимущественное распространение получили контактные модуляторы, выполненные на основе электромагнитных реле (в данном контексте применении называемых вибропреобразователями) [1, 2].

Известен контактный модулятор электрического тока, содержащий: вибропреобразователь, генератор переменного тока, подключенный к обмотке возбуждения вибропреобразователя, и согласующий трансформатор, первичная обмотка которого включена в цепь коммутации входного сигнала, а вторичная служит выходом модулятора [3].

Это устройство принято нами за прототип.

Схема известного устройства показана на фиг.1,а.

На схеме обозначено: 1 - источник входного сигнала - постоянного напряжения U0; 2 - вибропреобразователь, выполненный на основе поляризованного реле; 3 - генератор переменного тока; 4 - согласующий трансформатор.

Известное устройство работает следующим образом. Протекающий по обмотке возбуждения вибропреобразователя переменный ток i(t)=Imsinωt, где Im - амплитуда и ω - круговая частота, создавая магнитное поле, поочередно замыкает подвижный контакт вибропреобразователя с его верхним или нижним неподвижными контактами, благодаря чему и осуществляется процесс модуляции. Импульсы модулированного тока поочередно протекают по верхней и нижней секциям первичной обмотки согласующего трансформатора, и в его вторичной обмотке наводится выходное напряжение uвых(t).

На фиг.1,б приведены графики, поясняющие работу известного устройства. Здесь изображены (сверху вниз): график синусоидального тока, протекающего по обмотке возбуждения вибропреобразователя, и график импульсов выходного модулированного напряжения uвых(t), фазовый угол α обусловлен конечным временем переключения подвижного контакта вибропреобразователя с одного неподвижного контакта на другой.

При одинаковой длительности τ1=π-2α положительного и отрицательного импульсов выходного напряжения (что обеспечивается балансировкой вибропреобразователя) спектр напряжения содержит основную частоту (первую гармонику) и высшие нечетные гармоники. Для дальнейшего усиления обычно используют напряжение основной частоты uвых.1(t)=Um1sin(ωt+φ1), где φ1 - начальная фаза.

Недостатком известного устройства является то, что выходной сигнал и подводимый к нему ток возбуждения имеют одну и ту же частоту. Несмотря на ряд принимаемых мер (внутренняя экранизация и т.п.), часть энергии из цепи возбуждения неминуемо проникает во входную цепь, что вызывает смещение и дрейф нуля известного устройства, ограничивая его возможности при усилении очень малых токов и напряжений инфранизкочастотного диапазона.

Целью предлагаемого изобретения является осуществление модуляции на одной из четных гармоник, что позволит уменьшить смещение и дрейф нуля контактных модуляторов благодаря созданной возможности эффективно отфильтровать полезный сигнал.

Другой целью изобретения является повышение надежности модулятора.

Эти цели достигаются тем, что в заявляемом устройстве использован вибропреобразователь, выполненный на основе неполяризованного реле и подключенный к генератору возбуждения, вырабатывающему знакопеременные прямоугольные импульсы тока с длительностью τ2n=π/2n, где n - номер выбранной четной гармоники, причем подвижный контакт вибропреобразователя имеет низкую инерционность, а основная частота ω тока возбуждения выбрана значительно ниже частоты собственных резонансных колебаний подвижного контакта вибропреобразователя.

Схема заявляемого устройства показана на фиг.2,а.

На схеме обозначено: 1 - источник входного сигнала - постоянного напряжения U0; 2 - вибропреобразователь, выполненный на основе неполяризованного реле; 3 - генератор переменного тока, вырабатывающий знакопеременные прямоугольные импульсы длительностью τ2n=π/2n; 4 - согласующий трансформатор.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Протекающий по обмотке возбуждения переменный ток в виде знакопеременных прямоугольных импульсов длительностью τ2n=π/2n замыкает контакты вибропреобразователя дважды за период тока основной частоты ω, независимо от знака импульса. Длительность замыкания контактов также равна τ2n (задержкой срабатывания реле пренебрегаем). В результате получаем модулированное выходное напряжение uвых.2n(t), спектр которого содержит четные гармоники. В конкретной реализации модулятора можно использовать как вторую (n=1), так и четвертую (n=2) гармоники выходного сигнала.

На фиг.2,б приведены графики, поясняющие работу заявляемого устройства. На верхнем графике изображены знакопеременные импульсы тока возбуждения. Здесь θ - начальная фаза процесса. Длительность импульсов тока возбуждения τ2n=π/2n=π-2θ. Поэтому θ = π 2 n 1 4 n .                                                 ( 1 )

На нижнем графике приведены импульсы модулированного выходного сигнала заявляемого устройства.

Рассмотрим работу заявляемого устройства на удвоенной растете (второй гармонике). Для этого случая из (1) находим: θn=1=π/4.

Разложение тока возбуждения в ряд Фурье примет вид:

i 1 ( t ) 0,9 I max ( sin ω t sin 3 ω t 9 sin 5 ω t 25 + ) .                  ( 2 )

Отсюда видно, что в спектре тока возбуждения отсутствуют четные гармоники, наибольший «вес» имеет первая гармоника, а высшие нечетные гармоники затухают обратно пропорционально квадрату номера гармоники.

Преимущество заявляемого устройства (по сравнению с прототипом) заключается в том, что, отделяя полезный сигнал uвых.2(t)=Um2sin(2ω+φ2), где Um2 - амплитуда второй гармоники и φ2 - начальная фаза, можно исключить влияние помехи с основной частотой ω, проникающей из цепи возбуждения вибропреобразователя, т.е. эта помеха уже не будет ответственной за смещение и дрейф нуля модулятора.

Выделение полезного сигнала удвоенной частоты может быть обеспечено как за счет настройки в резонанс на частоту 2ω вторичной обмотки согласующего трансформатора (см. фиг.2,а), так и благодаря использованию в процессе дальнейшего усиления двухтактного избирательного усилителя и синхронного детектора, также настроенных на частоту 2ω.

Однако из-за несовершенства реальных генераторов возбуждения в токе возбуждения обычно присутствует и составляющая удвоенной частоты. Оценим ее уровень в 1-3% от уровня тока основной частоты. Эта составляющая (с частотой 2ω) не сможет быть отфильтрована, и неминуемо будет проникать в выходной сигнал и вызывать смещение и дрейф нуля модулятора, подобно тому как в известных устройствах в выходной сигнал проникает составляющая основной частоты. Тогда при прочих равных условиях (одинаковой балансировке и внутренней экранировке вибропреобразователей) смещение и дрейф нуля предлагаемого устройства будет по крайней мере в 30 раз меньшим, чем наблюдается в устройстве-прототипе.

Надежность и долговечность заявляемого устройства зависит от ряда дополнительных факторов. К ним прежде всего относится инерционность подвижного контакта вибропреобразователя. Дело в том, что при приближении частоты возбуждения к резонансной частоте собственных колебаний подвижного контакта возникают нарушения в длительностях замыканий сигнальной цепи. Поэтому, с одной стороны, инерционность подвижного контакта вибропреобразователя должна быть предельно малой; с этой точки зрения целесообразно использовать в качестве вибропреобразователей герконы [4]. С другой стороны, частоту тока возбуждения следует выбирать значительно ниже резонансной частоты подвижного контакта вибропреобразователя.

В этой связи также весьма полезным является переход к, осуществлению модуляции на четвертой гармонике (n=2). В этом случае увеличивается пауза между положительными и отрицательными импульсами тока возбуждения и уменьшается постоянная составляющая тягового усилия на подвижный контакт вибропреобразователя, что способствует его более устойчивой работе.

Заявляемое устройство найдет применение в высокочувствительных МДМ-усилителях постоянного и инфранизкочастотного напряжений нано- и пиковольтового диапазонов. При этом частота тока возбуждения может быть выбрана в диапазоне от нескольких единиц до первых десятков герц.

Литература

1. Шляндин В.М. Основы автоматики. - М-Л.: Госэнергоиздат, 1958. - 592 с.

2. Измерительные преобразователи постоянного тока. Под ред. к.т.н. Синицкого Л.А. - Киев, Физ. - Мех. Институт, 1965. - 375.

3. Калинчук Б.А., Пичугин О.А. Модуляторы малых сигналов. - Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980. - 200 с.

4. Преображенский А.А., Шамрай Б.В. Электромагнитные устройства информационно-измерительной техники: Учебник для ВУЗов - М.: Высш. школа, 1982. - 264 с.

Контактный модулятор тока, содержащий вибропреобразователь, выполненный на основе электромагнитного реле, генератор переменного тока, подключенный к обмотке возбуждения вибропреобразователя, и согласующий трансформатор, отличающийся тем, что, с целью осуществления модуляции на одной из четных гармоник, что позволит значительно уменьшить смещение и дрейф нуля, а также с целью повышения надежности, вибропреобразователь выполнен на основе неполяризованного реле и возбуждается током в виде знакопеременных прямоугольных импульсов длительностью, равной π/2n, где n - номер четной гармоники; причем подвижный контакт вибропреобразователя имеет низкую инерционность, а основная частота тока возбуждения выбрана значительно ниже резонансной частоты собственных колебаний подвижного контакта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. .

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления широкополосных сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (видеоусилителей, операционных усилителей, непрерывных стабилизаторов напряжения, перемножителей сигналов и т.д.).

Изобретение относится к области радиотехники и связи. .

Изобретение относится к дифференциальному усилительному устройству и, более конкретно, к коррекции напряжения смещения дифференциального усилительного устройства.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации. .

Изобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) электронике и может быть использовано для создания мощных усилителей СВЧ с высокой степенью линейности характеристик и соответственно низким уровнем нелинейных искажений усиливаемого сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в качестве устройства усиления аналоговых сигналов датчиков различного функционального назначения

Изобретение относится к схемам для улучшения избирательности входных каскадов приемников, подходящих для беспроводной связи

Изобретение относится к технике передачи измерительных сигналов, характеризующихся величиной электрического напряжения, в частности к буферным усилителям. Техническим результатом является повышение быстродействия передачи напряжения на расстояние за счет уменьшения времени переходных процессов передачи быстроменяющихся напряжений по длинным проводным связям. Буферный усилитель состоит из операционного усилителя и двух подключенных к его выходу и инверсному входу соединительных проводов, образующих своим объединением с другого конца выход буферного усилителя, входом которого является неинверсный вход операционного усилителя, подключенный к источнику напряжения, а параллельно входам операционного усилителя по отдельности или совместно введены резистор и один или два противофазно включенных диода, преимущественно германиевых. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к сверхширокополосным устройствам. Техническим результатом является усиление сверхширокополосных сигналов при использовании стандартных методов узкополосной радиотехники. Устройство для усиления сверхширокополосного сигнала, содержащее первый и второй смесители, два гетеродина и полосовой фильтр, выполненный в виде фильтра разностной или суммарной частоты, а также оно снабжено высокочастотным усилителем, расположенным между полосовым фильтром и вторым смесителем, фильтром нижних частот, подключенным к выходу второго смесителя, а также опорным генератором, выходы которого подключены к входам гетеродинов. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока. Техническим результатом является компенсация температурной погрешности усилителя. Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе заключается в том, что измеряют температуру усилителя и формируют сигнал коррекции, который суммируют с выходным сигналом усилителя, при этом напряжение сигнала коррекции формируют пропорционально скорости изменения температуры усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к области высоковольтных источников электропитания. Источник питания замедляющей системы ЛБВ содержит последовательно соединенные основной 1 и дополнительный 2 выпрямители. Положительный полюс дополнительного выпрямителя через последовательно соединенные регулятор 3 и токоизмерительный резистор 4 соединен с корпусом, а отрицательный полюс основного выпрямителя соединен с катодом ЛБВ и входом делителя обратной связи 6, выход которого соединен со входом сравнивающего устройства 7, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения 8, а выход через усилитель разностного сигнала 9 - со входом регулятора 3, входы выпрямителей 1 и 2 соединены через трансформатор гальванической развязки 11 с выходом преобразователя постоянного напряжения в переменное 10. Анод высоковольтного диода 5 включен между основным 1 и дополнительным 2 выпрямителями, а катод - между регулятором 3 и токоизмерительным резистором 4. Введены второй делитель обратной связи 12, вход которого включен между регулятором и дополнительным выпрямителем, второе сравнивающее устройство 13, входы которого соединены с выходами второго делителя обратной связи 12 и второго источника опорного напряжения 14, усилитель мощности 15, вход которого соединен с выходом второго сравнивающего устройства 13 через второй усилитель разностного сигнала 16, а выход питает преобразователь постоянного напряжения в переменное 10. Технический результат - повышение быстродействия и снижение погрешности регулирования напряжения замедляющей системы ЛБВ при широком диапазоне возмущающих воздействий. 3 ил.

Группа изобретений относится к технике СВЧ и может быть использована в радиолокационной и радионавигационной технике, а также в средствах передачи информации. Техническим результатом является понижение уровня фазового шума выходного СВЧ-сигнала. Импульсный СВЧ-усилитель мощности на GaN СВЧ-транзисторах включает входной и выходной суммирующие микрополосковые мосты, в плечах которых установлены GaN СВЧ-транзисторы, затворы которых подключены к стабилизатору напряжения, а стоки подключены к быстродействующему импульсному модулятору, содержащему мощный коммутирующий ключ на силовом GaN транзисторе со скоростным драйвером, подключающим сток GaN СВЧ-транзисторов к накопительной емкости, мощный разрядный ключ на силовом GaN транзисторе со скоростным драйвером, обеспечивающим разряд емкостей GaN СВЧ-транзисторов после отключения коммутирующего ключа и источника питания с широтно-импульсной модуляцией, зарядный ключ на силовом GaN транзисторе со скоростным драйвером, обеспечивающий отключение накопительной емкости и стока GaN СВЧ-транзистора от источника питания с широтно-импульсной модуляцией с выходным напряжением 5-45 В и подключение накопительной емкости к источнику питания с широтно-импульсной модуляцией во время отключения напряжения питания от стоков GaN СВЧ-транзисторов коммутирующим ключом. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может использоваться в устройствах фильтрации радиосигналов, телевидении, радиолокации и т.п. Техническим результатом является уменьшение общего энергопотребления за счет повышения добротности АЧХ усилителя и его коэффициента усиления по напряжению (K0) на частоте квазирезонанса f0. В избирательный усилитель параллельно эмиттерно-базовым переходам первого (3) и второго (5) выходных транзисторов включены соответствующие дополнительные первый (17) и второй (18) прямосмещенные p-n переходы, при этом первый (7) выход устройства соединен с базой второго (4) входного транзистора через второй (13) конденсатор, база второго (4) входного транзистора соединена с общей шиной источников питания (19) через первый (20) дополнительный резистор, а база первого (3) выходного транзистора связана с базой второго (5) выходного транзистора. 3 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к двунаправленным СВЧ усилителям. Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что двунаправленность усиления достигается путем применения циркуляторов или направленных ответвителей вместо коммутаторов на входах устройства. Технический результат изобретения заключается в усилении сигналов в обоих направлениях без их разделения по времени или частоте. Изобретение позволяет расширить сферу применения двунаправленных СВЧ усилителей. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является расширение диапазона активной работы входного каскада ОУ для дифференциального сигнала за счет новых элементов связи. Входной каскад быстродействующего операционного усилителя содержит первый (1) и второй (2) входные транзисторы, эмиттеры которых через соответствующие первый (3) и второй (4) вспомогательные резисторы соединены с эмиттерами первого (5) и второго (6) выходных транзисторов с объединенными базами, первый (7) и второй (8) входы устройства, связанные с соответствующими базами первого (1) и второго (2) входных транзисторов, третий (9) и четвертый (10) вспомогательные резисторы, первый (11) и второй (12) вспомогательные прямосмещенные р-n переходы, первый (13) токостабилизирующий двухполюсник, токовые выходы устройства (14), (15), (16), (17), связанные с коллекторами входных (1), (2) и выходных (5), (6) транзисторов. 18 ил.
Наверх