Устройство для измерения перемен-ного напряжения

 

CoIo3 Севетсиик

Сециаяистичвсиик

Рееяубяги

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дояолиительиое к авт. сеид-ву (51)М. Кл.

Н 03 К 13/02 (22) Заявлено Об07.79 (2! ) 2790051/18-21 с ярисоеяииеииеш заявки М (23) Приоритет

Ооубликоваие 230481. бюллетень М 15

Веударстевнвй кшшпет

СССР ае аалам взебретеняй и еткрмтвй (63) ДК 681. 325

{088.8) Дата еаубликеваиия описания 250481

1- ." ;. » ",-й- „v б",AA "в

- тйар,;.; и . о.в . в я - uГц;} и Д

Явят,, ь й„ РОЙ (72) Авторы изобретения

В П. Медведев и Н. И..Василевски (71) Заявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерителям переменных напряжений и токов.

Известны устройства, состоящие из последовательно соединенных выпрямителя и фильтра, в которых в,качестве выпрямителя применяется операционный усилитель с диодами или кликами в цани обратной оняви (!) .

Основными недостатками данных устройств являются малое быс градейст-, вие, равное нескольким секундам, обусловленное применением фильтра, и большая сложность преобразования

15 их выходного аналогового сигнала в, цифровую форму.

Известно также устройство для измерения переменного напряжения, содержащее интегратор, усилитель переменного тока и последовательно соединенные дифференциальный усилитель переменного тока, выпрямитель, ограничитель и ключ (21.

% недостаткам известного устройства относится невысокая точность измерения переменного сигнала, обусловленная дрейфом и нестабильностью управляемого генератора тока, пульсация выходного параметра и необходимость подстройки, обусловленная дрейфом большого количества непосредственно связанных элементов.

Цельш изобретения является повышение разрешающей способности, точности и стабильности -устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения переменного напряжения, содержащее интегратор, усилитель переменного тока и последовательно соединенные дифференциальный усилитель переменного тока, выпрямитель, ограничитель и ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом выпрямителя, введены два суммирующих резистора, ре, эистор отрицательной обратной связи и последовательно соединенные с ин3 8244 тегратором элемент сравнения, запоминающее устройство и элемент совпадения, причем первый суммируюидй резистор включен между выходом усилителя переменного тока и входом интегратора, второй — между выходом ключа и входом интегратора, резистор отрицательной обратной связи включен между входом интегратора и выходом запоминающего устройства, а вход уси- lð лителя переменного тока подключен к выходу ограничителя и ко второму входу элементы совпадения.

На фиг, 1 изображена функциональная электрическая схема устройства; 15 на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство состоит из дифференциального усилителя выход которого под» ключен ко входу выпрямителя 2, выход которого соединен со входом ограничителя 3. Выход ограничителя 3 подключен ко входу усилителя 4 переменного тока, ко входу возбуждения ключа 5, другой вход которого соединен с выходом выпрямителя и объединенным входом компараторов элемента 6 совпадений. Выход усилителя через первый суммирующий резистор 7 подключен ко входу интегратора 8, к которому через второй суммирующий резистор 9 подключен выход ключа 5. Выход интегратора 8 подключен к одному из входов элемента 10 сравнения, .на другие входы которого подключены два стабилизированных опорных напряжения °

Выходы элемента 10 сравнения подключены ко входу устройства 11 памя- 4р ти, выход которого соединен с резистором 12 отрицательной обратной связи и с одиим из входов элемента 6 совпадения. Резистор 12 отрицательной

Обратной связи подключен также ко 45 входу интегратора 8.

Устройство работает следующим образом.

На вход дифференциального усилителя 1 переменного тока поступает измеряемый синусоидальный сигнал (или другой формы)неизменной частоты (фиг. 2 a) где усиливается и подается на вход выпрямителя 2, с выхода которого (фиг. 2 б)поступает на вход усилителя-ограничителя 3 и одновременно на вход ключа 5(фиг. 2 б ), Усиленный и ограниченный выходной сигнал ограничителя 3 (фиг. 2 в) неизмен29 4 ной амплитуды и скважности подается одновременно на взод усилителя 4 переменного тока, на вход возбуждения ключа 5 и на один из входов элемента

6 совпадений. Выходной сигнал усилителя типа меандф (без постоянной составляющей со скважностью Q =2 и неизменной амплитуды) поступает на вход интегратора 8 через суммирующий резистор 7 (фиг. 2 г ). Одновременно в течение положительной части полупериода на вход интегратора 8 поступает второй измеряемый сигнал с выхода ключа 5 через суммирующий резистор 9 1фиг, 2 б )„В течение положительного полупериода измеряемого сигнала оба сигнала, поступающие на вход интегратора 8 (отрицательные ,сигналы ) суммируются. В результате

> на выходе интегратора 8 возникает пилообразное напряжение с малым временем нарастания, соответствующее .отрицательному полупериоду, и с большим. временем спада, соотвутствующим положительному полупериоду,(фиг.2 д)

Так как амплитуда и скважность|Ж2}. выходного сигнала усилителя неизменяы, то крутизна нарастания пилообразного сигнала в течение положительного полупериода измеряемого сигнала, пропорциональна измеряемому сигналу с выхода ключа 5. Выходной сигнал интегратора 8 поступает на объединенный вход компараторов элемента 10 сравнения, на другие входы этих компараторов подаются положительные Ц oq и отрицательные

-U О1, опорные и стабилизированные напряжения постоянного тока. Эти напряжения показаны на.фиг. 2 д в виде двух прямых линий, параллельных оси времени. Когда выходной сигнал интегратора 8, нарастая в положительном направлении, достигает уровня опорного напряжения + 0 „рерхнйй

4 компаратор элемента 10 сравнения открывается и на его выходе появляется сигнал высокого уровня, соответствующий уровнн» логической "1" f, фиг,1е) который опрокидывает триггер уст" ройства памяти, в результате к резистору 12 отрицательной обратной связи и ко 2-му входу элемента 6 совпадений прикладывается положительный сигнал прямоугольной формы (фиг.2 g) и сигнал на выходе интегратора 8 начинает нарастать в отрицательном направлении до тех пор, пока не достиг5

14

Формула изобретения

5 824 нет уровня второго опорного напряжения -у 2-ro компаратора элемента 10 сравнения. На выходе этого 2-го оп компаратора появляется кратковремен- ный импульс высокого уровня, который через иивертирующий усилитель уст- ройства 11 памяти (фиг. 2 ж) онрокидывает триггер устройства 11 памяти, и на его выходе появляется отрицательное напряжение прямоугольной формы (фиг. 2 и), которое через резистор 12 отрицательной обратной связи поступает на вход интегратора 8 и одновременно на второй вход элемента 6 совпадений. Элемент 6.совпадений пропускает только входные импульсы положительной полярности при их совпадении (фиг. 2 к). 3а время, равное половине периода синусоидального входного сигнала, которое практически равно половине периода ограниченного прямоугольного сигнала 4, напряжение на выходе интегратора равно к

"ь,=1 А а Ф 1 Ф 1 *, 0 о 0

В где j< - ток через резистор 7 J2 - ток через резистор 9.

Так как частота и скважность обоих переменных сигналов на входе интегратора неизменны и амплитуда выходного прямоугольного напряжения усилителя 4 переменного тока также неизменна, а изменяется только амплитуда измеряемого переменного напряжения

HB выходе ключа 5, то выбором величины неизменного выходного прямо- угольного напряжения усилителя 4 пере менного тока, а также величины резисторов 7 н 9 и величины + Uog опорных напряжений добиваются того, что длительность импульса на выходе устройства 11 памяти при измеряемом сигнале, равном нулю (3 =0), равна или эквивалентна 1,„,т. е. равна длительности импульса выходного напряжения выпрямителя 2

u„,„-J,н="., о

В этом случае интеграл J

429 Ь переменное напряжение равно нулю, что достигается при закрытом ключе 5; .и .на выходе интегратора 8 будут симметричные треугольные колебания, показанные на фиг. 2 д пунктиром, а на выходе элемента 10 совпадений прямоугольные импульсы отсутствуют. При увеличении измеряемого напряжения на выходе ключа 5 длительность положительной части периода выходного напряжения устройства 11 памяти будет. возрастать, в результате чего на выходе элемента v совпадения будут импульсы, длительность которых пропорциональна среднему значению из,меряемой величины переменного напряжения на выходе ключа 5.

Устройство для измерения переменного напряжения, содержащее интегратор, усилитель переменного тока и последовательно соединенные дифференциальный усилитель переменного тока, выпрямитель ограничитель и ключ второй вход которого соединен с вторым выходом выпрямителя о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повы.— шения разрешающей способности, точности и стабильности, в него введены . два суммирующих резистора, резистор отрицательной обратной связи и последовательно соединенные с интегратором элемент сравнения, запоминающее устройство и. элемент совпа,ения, причем первый суммирующий резистор включен между выходом усилителя переменного тока и входом интегратора, второй — между выходом ключа и. входом интегратора, резистор отрицательной обратной связи включен между входом интегратора и выходом запоминающего устройства, а вход усилителя переменного тока подключен к выходу ограничителя и ко второму входу элемента совпадений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. .Шило В. И. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре, И., "Сов. радио", 1974, с. 164167.

2, Патент Англии 11 1513970, кл. Я 4 Н 1978 (прототип).

824429

6 0

3 ф

Фиаl

Составитель 10. Богданов

Редактор В, Данко Техред Л.Пекарь Корректор Н, Швыдкая

Эаказ 2148/82 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного коьжтета СССР по делам изобретений и открытий

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

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