Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских Социалистических республик (iii 945815 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.01.81 (21) 3238642/18-21 с присоединением заявки J% (23) Приоритет

Опубликовано 23.07.82. Бюллетень Р1е 27

Дата опубликования описания 26.07.82,(5! )М. Кл.

GO1R 1gÞã

Яиударетвенньй квинтет

СССР нв далем «зобретеннк н открытнй (53} УДК 621.317..72(088.8)

В. И. Губарь, В. В. Литвих, А. Г. Струнин, E. Г. Грехова и А. М. Конопля

i1

Киевский ордена Ленина политехнический ннс т т им. 50 летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ

ЗНАЧЕНИЙ - ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в точных аналоговых и аналого-цифровых преобразователях переменного напряжения по уровню среднеквадратического значения, с линейной передаточ5 ной характеристикой.

Известны линейные преобразователи среднеквадратических значений переменного напряжения, реализованные по методу взаимообратных преобразований и со.держащие последовательно соединенные квадратор и корнеизвлекатель, выполненый на основе усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен квадратор, аналогичный входному 11) .

Недостатком известных устройств является то, что расширение частотного диапазона в сторону нижних частот воз- 2в можно за счет ухудшения быстродействия преобразователя, а уменьшение погрешности от нелинейности возможно за счет увеличения коэффициента усиления усилителя

2 постоянного тока, который в общем случае ограничен.

Наиболее .близким к изобретению по технической сущности является линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых со едннен с истоком, усилитель постоянного тока, ннвертирующий вход которого через резистор соединен с его выходом, через один квадратор — с входной шиной, через другой квадратор - с выходной шиной, сн раничитель полярности, включенный между выходом усилителя постоянного тока и выходной шиной, и конденсаторы, включенные на выходах квадраторов и образующие фильтры нижних частот совместно с сопротивлением каналов транзисторов (2)

Однако расширение частотного диапазона в сторону нижних частот возможно за счет ухудшения быстродействия преобразователя. П1 и частотах входного сигнала, соизмеримых с частотой среза вход945815 ного квадра тора, на его выходе появляются переменные составляющие напряжения— одна совпадающая по частоте с входным сигналом, а другая — удвоенной частоты, причем преобладающей является именно составляющая, совпадающая по частоте с входным сигналом. Для уменьшения этой переменной составляющей напряжения, которая присутствует и на выходе всего преобразователя, необходимо уменьшать o частоту среза входного квадратора либо усилителя постоянного тока, что ведет к ухудшению быстродействия преобразователя и нелинейности характеристики преобразования. !

Цель изобретения — повышение быстродействия и линейности характеристики преобразователя в широком диапазоне рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что в линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, усилитель постоянного тока, инвертируюший вход которого соединен через резистор с его выходом, через один квадратор — с входной шиной, через другой квадратор — с выходной шиной, ограничитель полярности, зо вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход - с выходной шиной, и конденсатор, один вывод которого соединен с инвертируюшим входом усилителя постоянного тока, введены два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, и инвертирующий усилитель постоянного тока, выход которого через первый резистор соединен с его входом, с а через второй резистор с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, причем входная шина соединена с выводами истока первого полевого транзистора и стоком второго, выходная шина соединена с выводами стока третьего полевого тран- зистора и истока четвертого, инвертируюший вход усилителя постоянного тока соединен с выводами стока первого полевого транзистора и истока третьего, вход инвертируюшего усилителя постоянного тока соединен с выводами истока второго полевого транзистора и стоком четвертого, а второй вывод конденсатора соединен с выходом усилителя постоянного тока, На чертеже представлена блок-схема Ы предлагаемого линейного преобразователя.

Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения содержит четыре квадратора, выполненных на полевых транзисторах 1 «4, истоки которых соединены с затворами, исток первого полевого транзистора и сток второго соединены с входной шиной, сток третьего полевого транзистора и исток четвертого соединены с выходной шиной, ограничитель 5 полярности, выход которого соединен с выходной шиной, а вход с выходом усилителя 6 постоянного тока, инвертирующий усилитель 7 постоянного тока, выход которого через резистор 8 соединен с инвертирующим входом усилителя 6, стоком полевого транзистора 1 и истоком полевого транзистора 3, а через резистор S с входом усилителя 7, истоком полевого транзистора 2 и стоком полевого транзистора 4, причем первые выводы резистора 10 и конденсатора 11 соединены с инвертируюшим входом усилителя 6, а их вторые выводы - с его выходом, Преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя поступает переменное напряжение U!! . Учитывая, что потенпиалы входов усилителей 6 и 7 равны нулю, токи через полевые транзисторы можно представлять в виде

T„=o„U„-5 U.х > (1) т, =а, О„+М х (2) а

Еь=оь )вых ьОм„ (3)

Е4 = а40еьи — ЪзиЪ! х, (4) где О „„- выходное напряжение преобразова теля;

0.!1g-- константы, связанные с пара1 1 метрами -го транзистора.

На вход усилителя 6 поступает алгебраическая сумма токов (К78) Е Е +(-К й)Е (5)

I где К7®«коэффициент передачи инвертора тока, представляющего собой последовательно соединенные инвертырующий усилитель тока 7 и резистор 8.

Ф

Выходное напряжение 0 „преобразователя равно ! (Р) Т вь!х 4+рйс Е y<(,(p) (6) где Кг - коэффициент передачи усилителя 6.

RuC- элементы пепи обратной связи усилителя 6 (резистор 10 и конденсатор 11).

9458

Для режима статики

0 х (Ох(0» 0 LÊ7е) О (Ь» Ь К g)+ ВЫК (О3 С4 "7Е)+ "ВЫ (++ 4 "q )j "6. (7)

Из полученного выражения видно, что при выполнении условия

d„-а к >--о (8) в выходном напряжении отсутствует пере, менная составляюшая напряжения, совпа1О (даюшая по частоте с входным напряжением, т. е.

U„(a,-а к >= о (g)

Кроме того, при выполнении условия Ъ +4KVQ)К6 " {40) 15 выражение (7) упрошается

Ug (Ж4» 2К 9) бык 3» ®4 Klg) (11) откуда .ьь - !ъ йж,.

"х

ЬЫ)(t)g +54 к 76 Ъ+Ь4к19 скЬ ч

И2)

Таким образом, постоянное напряжение

Q>,„на выходе преобразователя линейно связано со среднеквадратическим значе. нием входного напряжения U<<>.

Предлагаемый преобразователь позволяет расширить частотный диапазон в сторону нижних частот без ухудшения быстродействия преобразователя. Действительно, 30 уменьшение переменной составляюшей, совпадающей по частоте с входным сиг- . налом, достигается не за счет уменыпения частоты среза квадратора либо УПТ, а за счет изменения коэффициента передачи Кy,e до выполнении условия (8).

Повышение линейности .достигается за счет изменения коэффициента передачи до выполнения условия (10), причем идеальная линейная зависимость достига- 40 ется при конечном значении Kg.

Формула изобретения

Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряже15 6 ния, содержаший два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, усилитель постоянного тока, инвертируюший вход которого соединен через резистор с его выходом, а через один квадратор — с входной шиной, через второй квадратор— с выходной шиной, ограничитель полярности, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выхо. — с выходной шиной, и конденсатор, один вывод которого соединен с инвертируюшим входом усилителя постоянного тока, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения линейности и быстродействия, в него введены два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, и инвертируюший усилитель постоянного тока, выход которого через первый резистор соединен с его входом, а через второй резистор с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, причем входная шина соединена с выводами истока первого полевого транзистора и стоком второго, выходная шина соединена с выводами стока третьего полевого транзистора и истока четвертого, инвертируюший вход усилителя постоянного тока соединен с выводами стока первого полевого транзистора и истока третьего, вход инвертируюшего усилителя постоянного тока соединен с выводами истока второго полевого транзистора и стоком четвертого, а второй вывод конденсатора соединен с выходом усилителя постоянного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельств СССР № 107984, кл. G01 К 19/02.

2.МсяФеиъе д Х.,59e rnev Э. Эаэneve

0Ч М -е(е Ъ.е» ЪЬсй дф8я "hA»1(rovoEtne1е -ьн1

HkeVt we tgte cbtvwg Never vow Коьйе4

5сЬ РОГz, 45 (197О),6. И-44

Составитель Е. Корзов

Редактор Г. Кацалап Техред З.Палий Корректор O. Билак

Заказ 5325/68 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4