Способ преобразования переменного напряжения в постоянное и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК H02M7/217 

2. Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное/ содержащее первый операционный усилитель с цепью обратной связи, два- ключевых элемента и два интегратора, отличающееся .тем, что, .с целью улучшения качест,ва выходного напряжения путем снижения уровня пульсаций, ключевые элементы выполнены на двух полевых транзисторах различной проводимости, каждый из которых шунтирует соответствующий конденсатор интегратора, причем затворы обоих транзисторов объединены и подключены к средней точке цепи из введенных конденсатора и резистора, соединенных последовательно, при этом указанная цепь подключена к выходу дополнительно введенного второго операционного усилителя, а входы интеграторов соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и образуют входные выводы, а выходы интеграторов подключены к входам первого операционного усилителя, выход которого образует выходные выводы

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть испол зовано в качестве измерительного преобразователя переменного напряже ния в постоянноеИзвестен способ преобразования переменного напряжения в постоянное согласно которому исходное переменное напряжение приводит к желаемому уровню путем деления или усиления, формируют его модуль и подавляют пульсации Щ. Недостаток указанного способа состоит в том, что не достигается высокое качество выходного напряжения, которое имеет повышенный урове пульсаций. Известно устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее операционный усилитель с цепью обратной связи, два ключевых элемента и два интегратора 2 . Устройство не обеспечивает высокое качество выходного напряжения. Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения путем снижения уровня пульсаций. Эта цель достигается тем, что согласно способу преобразования пер менного напряжения в постоянное Исходное переменное напряжение приводят к желаемому уровню путем деления или усиления, затем формируют его модуль и подавляют пульсации полученного напряжения, при этом модуль переменного напряжения формируют интегрированием исходного напряжения с начала любого полупери ода основной гармоники исходного напряжения, а также интегрированием с начала следующего за ним полупери да, пульсации же подавляют, вычитая полученные значения интегралов Друг из друга. В устройстве для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащем первый операционный усилитель с цепью обратной связи, два ключевых элемента и два интегратора, ключевые элементы выполнены на двух полевых транзисторах различной проводимости, каждый из которых шунтирует- соответствующий конденсатор интегратора, причем затворы обоих транзисторов объединены и подключены к средней точке цепи из введенных конденсатора и резистора, соединенных последовательно, при этом указанная цепь подключена к выходу дополнительно введенного второго операционного усилителя, а входы интеграторов соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и образуют входные выводы, а выходы интеграторов подключены к входам первого операционного усилителя, выход которого образует выходные выводы. На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 кривые, поясняющие сущность способа. Преобразователь содержит первый Операционный усилитель с цепью обратной связи (вычитающее устройство) 1, ключевые элементы на полевых транзисторах 2 и 3 различной проводимости . Транз 1стор 2 шунтирует конденсатор интегратора 4, а транзистор 3 конденсатор интегратора 5. Затворы транзисторов 2 и 3 объединены и подключены к средней точке цепи последовательно соединенных конденсатора 6 и резистора 7. Цепь указанных элементов подключена к выходу второго операционного усилителя (усилителяограничителя) 8. Входы интеграторов 4 и 5 соединены с инвертирующим входом усилителя-ограничителя 8 и образуют вход преобразователя, а выходы интеграторов 4 и 5 подключены к входам вычитающего устройства 1, вы ход которого является выходом преобразователя., . Способ снижения уровняГ пульсаций преобразователем состоит в том, что модуль исходного сигнала формируют путем интегрирования его одновременно двумя интеграторами, один из кото рых начинает работать в начале любого полупериода основной гармоники преобразуемого напряжения, а другой на полпериода позже, В этом случае полученные интегралы содержат постоя ные составляющие разных знаков, а переменные составляюище у них одинаковы. Вычитая эти интегралы друг из друга, получают постоянное напряжение, пропорциональное средневыпрямленному значению исходного сигнала при полном отсутствии пульсаций. Ине ционность преобразования в этом случае получается наименьшей (для однофазного сигнала) и представляет собой чистое запаздывание на половину периода. Пусть после деления или усиления исходный сигнал имеё.т вид 4 ® Ч о t-т ,G Цц и qi|j - соответственно амплитуда и фаза k-ой гармоники сигнала;СО - угловая частота; t - время., Пусть первый интегратор начинает работать при , его выходное напря жение Г UK . Ur-A,j Udx A,(J,-cos(kx.q,), где Л, - коэффициент передачи первого интегратора. Пусть второй интегратор н ачинает работать при. ,1416 ..., тогда его выходное напряжение 11 Udx Ajl- YhslW + qi j-cosfkx+cp) где Ag - коэффициент передачи второго интегратора. Вычитая полученные выражения получим ередневыпрямленное значение исходного сигнала, полагая , U,2Ai:%.cosc itM kn 41U-4) Выражение не содержит составляющие, зависящие от времени, т.е. пуль сации в полученном напряжении отсутствуют. Также видно что четные rap МОНИКИ сигнала не влияют на средневыпрямленное значение, что согласуется с физикой процесса. Кроме того, модуль средневыпрямленного значения основной гармоники () имеет максимум при if 0 или Я . Следовательно, интегрирование лучше всего начинать в начале полупериода напряжения основной гармоники. Работа устройства в соответствии с описанным способом поясняется кривыми на фиг. 2. Синусоидальный входной сигнал 9 поступает на входы интеграторов 4 и 5 и усилителя-ограничителя 8, напряжение на выходе которого представлено кривой 10, т.е. усилитель-ограничитель 8 превращает входной сигнал 9 в кривую 10 практически прямоугольной формы. Цепь из конденсатора 6 и резистора 7 выделяет фронты из кривой 10, поэтому на затворы транзисторов 2 и 3 поступают разнрполярные импульсы 11 напряжения. Транзистор 2 открывается только отрицательНЕЛми импульсами, а транзистор 3 только положительными. Открываясь, они разряжают емкость своего интегратора, т.е. обнуляют его. Таким образом, интегратор 4 обнуляется отрицательными импульсами, образованными положительным фронтом входного сигнала 9, т.е. в начале положителБного полупериода, а интегратор 5 - в начале отрицательного полупериода положительными импульсами. Таким образом, в нулевой момент времени интегратор 4 обнуляется, а интегратор 5 - нет, при этом оба интегратора начинают интегрировать входной сигнал, но на выходе интегратора 5 в начале работы присутствует некоторое, например положительное, напряжение дрейфа, а у интегратора 4 оно практически равно нулю.. Соответственно выходное напряжение 12 интегратора 4 показано на фиг. 2 с нуля, а выходное напряжение 13 интегратора 5 имеет положительное значение дрейфа. При одинаковых коэффициентах передачи интеграторов в первые полпериода их выходные напряжения различаются только на величину напряжения дрейфа интегратора 5. В начале второго (отрица Тельного) полу периода интегратор 5 обН1Ь ляется,и напряжение на его выходе становится положительным в процессе интегрирования. Таким образом, переходный процесс в интеграторах заканчивается в первые полпериода, а далее выходные напряжения интеграторов различаются только постоянной составляющей: у интегратора- 4 она отрицательна, а у интегратора 5 - положительна. Tax продолжается до тех пор, лок.а не изменится входное напряже