Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения

 

G П И С А Н И Е,920539

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 22.07.80 (21) 2964415/18-21 с присоединением заявки РЙ (23) ПрнорнтетОпубликовано 15. 04. 82 ° Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 17 .04.82 (5! }М. К. .

G 01 R 19/02

Гееударатаелый кюмнтет

СССР (53) УДК 621. З17..7(088.8) нв делам нзобретенкй н еткрытнй

1 1

В. И. Губарь, В. В. Литвих, 4. Г. Струнин и Е. Г. Грехова

I: I

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С РЕДНЕКВАДРАТИ ЧЕСКОГО

ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в точных аналоговых и аналого-цифровых системах.

Известен линейный преобразователь среднеквадратического значения пере5 менного напряжения, реализованный по методу взаимообраэных преобразований и содержащий последовательно соединенные входной квадратор и кор10 неизвлекатель, выполненный на основе усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которо" го включен обратный квадратор, аналогичный входному (1) °

Недостаток известного устройства заключается в повышенном напряжении шумов на его выходе. Это объясняется тем, что в цепь обратной связи уси" лителя постоянного тока входит фильтр нижних частот квадраторы,и в качестве которых используются термопреобразователи, можно представить в виде нераздельного, соединения квадрато" ра по мгновенным значениям и фильтра нижних частот) . Следовательно, для спектральных составляющих шума, пре" вышающих частоту среза фильтра, коэффициент усиления определяется коэффициентом усилителя постоянного тока, т.е. коэффициентом усиления разомкнутой системы. Кроме того, динамические свойства .известного устройства зависят от соотношения между постоянными времени квадраторов и усилителя постоянного тока. Апериодический переходный процесс возможен лишь в случае равенства постоянных време" ни прямого и обратного квадраторов, в противоположном случае переходной характеристике соответствует либо недоуспокоенный периодический режим (затухающие колебания), либо переуспокоенный режим. При большом коэффи циенте усиления усилителя постоянного тока из-за наличия двух постоянных времени в петле обратной связи возможна потеря устойчивости.

39 4 го тока, генератор импульсов, выход которого подключен к упра.вляющему входу модулятора, усилитель пбстоян" ного тока выполнен интегрирующим, причем .упомянутый вход усилителя дополнительно подключен к стоку транзисто1 ра второго квадратора, исток которого связан с выходом модулятора, а другой вход усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного линейного преобразователя среднеквадратического значения переменного напряжения.

Устройство содержит входной квадратор 1 и обратный квадратор 2, выполненные на полевых транзисторах, у которых затвор соединен с исто-. ком. В состав преобразователя входят также интегрирующий усилитель 3 с конденсатором 4 и резистором 5 в цепи обратной связи, модулятор 6 и генератор 7 импульсов. На схеме отмечены, кроме того, входная 8 и выходная

9 клеммы устройства, а также шина

10. нулевого потенциала.

Работа устройства происходит следующим образом.

При переменном напряжении U на вход преобразователя через полевой транзистор входного квадратора 1 протекает ток стока Эс„, определяемый в соответствии с формулой

° 0 )2

"са "Зц. 1 сч. .С1 01 Сц 01 U Q 0«„

301 30 где ОСц - напряжение между стоком и истоком транзистора

U3< - найряжение между затвором и истоком транзистора.

" .проводимость канала транзистора в нулевой точке (u! u=a Ut«=U3o ) (!30< - напряжение отсечки (абсолютная величина).

Поскольку потенциал входа интегрирующего усилителя 3 равен нулю, то

U сц = Ц<. Учитывая также, что U3 =0, выражение. (1) можно упростить цЯ.

С1= 01 "Х- — 0—

U30<

Пульсирующий ток 3c„ протекая о резистору 5 обратной связи усилителя

3, обеспечивает на выходе усилителя постоянное напряжение

etrix=Oc C „.(3) 3 9205

Наиболее близким к изобретению является линейный преобразователь среднеквадратического значения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, у которых затвор соединен со штоком, подключенным через соответствующий конденсатор к шине нулевого потенциала, усилитель постоянного тока, выход которого связан с выходной клеммой 30 устройства, один из входов подключен к источнику транзистора первого квадратора, связанного по стоку со вход.ной клеммой устройства, а другой вход - к источнику транзистора вто- !5 рого квадратора, модулятор сигналь I ныи вход которого подключен с выходом усилителя постоянного тока, а выход - со стоком транзистора второго квадратора, генератор импульсов, вы- щ ход которого подключен к управляющему входу модулятора 23.

Каждый из квадраторов укаэанного преобразователя представляет собой двухполюсник (исток и затвор полево- г5 го транзистора соединены), причем установленный на выходе двухполюсника конденсатор совместно с сопротивлением канала полевого транзистора образует фильтр нижних частот. Таким образом, и в данном случае наличие фильтра нижних частот в квадраторе, включенном в цепь обратной связи преобразователя, обуславливает невысо кую точность преобразования иэ-за большого уровня шумов на выходе уст35 ройства. Динамические свойства известного преобразователя определяются соотношениями постоянных времени квадраторов и усилителя постоянного тока, 40 как, что его устойчивая работа не может быть гарантированной.

Цель изобретения — повышение точности и устойчивости подобного измерительного устройства.

Поставгзнная цель достигается тем, что в линейном преобразователе среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащем два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, у которых затвор соединен с

50 истоком, усилитель постоянного тока, выход, которого связан с выходной клеммой устройства, а один из входов подключен к источнику транзистора первого квадратора, связанного по стоку со входной клеммой устройства, модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя постоянно5 " 9205 где Л С„- среднее за йериод значения тока 3 „, Рос- сопротивление резистора 5.

Поскольку среднее значение U рав х но нулю, а среднее значение U соот- 5 ветствует квадрату среднеквадратического значения U > = Uc<>, то

1 ол сл=Т у "Скв= л "pygmy i(4 1О

50 чОл

1 Зол где

Таким образом

t5 где <"- О Ф.л. го

Это напряжение подается на модуля тор 6, на выходе которого под дейст вием генератора импульсов 7 формируется переменное напряжение с амплитудой

U макс, U Вьи К< (6) где К - коэффициент преобразова" ния модулятора 6.

Сформированное переменное напряжение подается на исток транзистора об- 30 ратного квадратора 2. В соответствии .с (4) среднее значение тока стока

5< транзистора квадратора 2 равно

1. Ъ

«< . . = —. к„"О„„=

О . g Ug.ì Êc Up()q Оl ® о 55

9. 309.

39 6

5), составляющей можно пренеб ос речь и тогда из (9) получим

Следовательно, постоянное напряже". ние UB»„sa выходе преобразователя линейно связано со среднеквадратическим значением Бок переменного напряжения U

Предложенный преобразователь характеризуется повышенной точностью преобразования, поскольку в цепь отрицательной обратной связи интегрирующего усилителя 3 включен беэынерцион" ный квадратор 2,реализованный на полевом транзисторе, т.е. в цепи обратной связи отсутствует фильтр нижних частот. Следовательно, напряжение шумов на выходе преобразователя определяется коэффициентом усиления усилителя, охваченного обратной связью и, поэтому, значительно меньше, .чем в известных устройствах подобного назначения.

Динамические свойства данного преобразователя также являются улучшенными, т. к. и входной квадратор в нем выполнен безынерционным. Преобразователь по динамическим свойствам эквивалентен апериодическому звену первого порядка с постоянной времени, равной постоянной времени интегрирующего усилителя 3. В связи с этим предложенное устройство будет работать устойчиво практически при любом петлевом усилении.

О.

=й, ° к „-

5og о

Напряжейие на выходе усилителя 3 пропорционально разности токов 5<„ и «1с9

4о ьых 9.. 9.. ц р л "ск "м Bow 9

0С

При достаточно большом КОС, т.Е. при большом усилении в прямой цепи (усилительным параметром усилителя, 55 охваченного параллельной обратной связью по напряжению, является сопротивление прямой передачи - Резистор

shill с1 сы "Dc-Ô "скв м "вью} "о : (B)

Выражение (8)можно переписать в следующем виде:

S0

Формула изобретения

Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, у которых затвор соединен с ис- . током, усилитель постоянного тока, выход которого связан с выходной клеммой устройства, а один.иэ входов подключен к истоку транзистора первого квадратора, связанного по стоку с входной клеммой устройства, модуля" тор, сигнальный вход которого соединен с выхОдом усилителя постоянного тока, генератор импульсов, выход которого подключен к управляющему входу модулятора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и устойчивости

920539 работы, в нем усилитель постоянного тока выполнен интегрирующим, причем упомянутый вход усилителя дополнительно подключен к стоку транзистора второго квадраторп, исток которого связан с выходом модулятора, а другой вход усилителя соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе >р

8 .

1. Волгин Л. И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. M., "Советское радио", 1971, с. 179:

2. Blankenburg К.Н.,Schermer I.

Pas neue UM4-åÛ breitbandiges Mikrovoltmeter mit Effektivwertgleichrichtung-Neues Uon Rohde-Scharz

45, 1970, s. 11- 14 .

Составитель Л. Морозов

Ре8актор Н. Ронжа Техоео Ж.Кастелевич Корректор С, Шекмар

Заказ 2329/47 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)ОЯ Москва Ж- Раушская наб. д. 4/g

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