Среднеквадратический детектор Советский патент 1983 года по МПК G01R19/02 

I1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в аппаратуре различного характера, например в универсальных шумо- и виброизмерительных приборах. Известен измдоитель среднеквадратического значения переменного напряжения, построенный по принципу кусочно-линейной аппроксимации параболы и содержащий резистивный делитель напряжения, к соответствующим выводам которого подключены выход выпрямителя и входы диодно-резистивных аппроксимирующих цепей, блок усреднения , выполненный на основе включенного на общем выходе аппроксимирующих цепей операционного усилителя с параллельно соединенными онденсатором и резистором в цепи обратной связи Недостаток указанного устройства связан с низкой точностью измерения, обусловленной несовершенством аппроксимации параболы. Наиболее близким к предлагаемому является среднеквадратический детекто реализующий метод неявного вычисления и содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения , выполненного на основе операционного усилителя с параллельно соединенными конденсатором и резистором в цепи обратной связи, блок сумми рования и антилогарифмирования, выпол ненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифматоров, а коллектор - к инвертирующему входу операционного усилителя 2 . Один из недостатков известного уст ройства определяется незначительной величиной постоянной времени усреднения, обусловливающей ограничение частотного диапазона снизу. Повышение времени усреднения за счет увеличения сопротиаления резистора и емкости конденсатора в цепи обратной связи операционного усилителя оказывается невозможным из-за сниж ния при этом тока коллектора транзистора и, как следствие, уменьшения вер ней рабочей частоты детектора или ухудшения его со габаритных характеристик. Другой недостаток устройства заключается в сложности изменения вре76мени усреднения в широких пределах, выражающейся в необходимости переключения конденсаторов в цепи обратной связи операционного усилителя. Отмеченное обстоятельство существенно ограничивает применение известного детектора в контрольно-измерительной аппаратуре. Цель изобретения - расширение частотного диапазона и области практического использования подобного измерительного устройства. Поставленная цель достигается тем, что в среднеквадратический детектор, содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, цкор, которого подключен к выходу блока усреднения, выполненного на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и резистором, соединенным одним из выводов с выходом усилителя, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифма.торов, введены регулируемый и дополнительный нерегулируемый резисторы, причем регулируемый резистор включен между коллектором транзистора и инвертирующим входом операционного усилителя, дополнительный нерегулируемый резистор - между коллектором транзистора и шиной нулевого потенциала, а другой вывод ранее указанного резистора подключен к точке коллектора транзистора с соответствующими выводами двух введенных резисторов. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого среднеквадратического детектора. В состав устройства входят выпрямитель 1, логарифматор 2, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора 3, логарифматор tt, блок усреднения, выполненный на основе операционного усилителя 1 с конденсатором 6 в цепи обратной связи, а также с нерегулируемыми резисторами 7 и 8,и регулируемым резистором 9, . Устройство работает следующим образом. На выходе выпрямителя 1 вырабатывается ток, пропорциональный абсоютному значению входного напряжения. Логарифматор 2 формирует напря жение, пропорциональное удвоенному логарифму тока на выходе выпрямителя 1. Ток коллектора транзистора 3 экспоненциально зависит от напряже ния между базой и Э№1ттером. За счет отрицательной обратной связи по постоянному току через резисторы 7 и 9 на коллекторе транзистора 3 и на выходе операционного усилителя 5 поддерживается напряжение, постоянная составляющая которого равна нулю. При этом постоянная составляющая напряжения на выходе операционного усилителя 5 оказывается равной произведению среднего значения тока кол лектора транзистора 3 на сопротивление резистора 7. С помощью логариф матора 4 обеспечивается отрицательная обратная связь, пропорциональная логарифму напряжения на выходе операционного усилителя 5. Таким образом, в данном детекторе на выходе формируется напряжение, равное среднеквадратическому значению входного напряжения, по методу неявного вычисления (за счет обратной связи) с использованием преобразования логарифм-антилогарифм . На входе операционного усилителя 5 поддерживается нулевой уровень и переменной составляющей напряжения за счет емкости конденсатора 6 в цепи обратной связи. Переменная составляющая тока, протекающая к вхо ду операционного усилителя 5 через резистор 9, компенсируется переменным током через конденсатор 6 за счет пульсаций выходного напряжения. Переменное напряжение на коллекторе транзистора 3 не равно нулю, а переменный ток через резисторы 9 и 8 пропорционален величинам их проводимостей. За счет ответвления части переменного тока через резистор 8 на шину нулевого потенциала уровень нап ряжения пульсаций на выходе операционного усилителя 5 определяется эквивалентной постоянной времени усред нения /г- - г -R Э Э Т где Cj- эквивалентная емкость усредняющей цепи; R-- сопротивление резистора 7. Для С справедливо следующее соотношение : V .4(). где емкость конденсатора 6; RO, сопротивления резисторов 8 и9. Таким образом, при увеличении сопротивления регулируемого резистора 9 от нуля до максимального значения эквивалентная емкость С усредняющей цепи будет плавно увеличиваться от значения 5 равного номинальной емкости С конденсатора 6, до максимального значения, определяемого соотношением сопротивлений нерегулируемых резисторов 7 и 8 и максимальным сопротивлением регулируемого резистора 9. При этом сопротивление резистора 8 должно быть достаточно низким, чтобы обеспечить линейный режим работы транзистора 3 (без насыщения) . Применение дополнительных резистивных элементов обеспечивает значительное расширение частотного диапазона детектора в сторону низких частот практически без усложнения устройства и затрат дополнительной мощности. Кроме того, предлагаемая конструкция значительно упрощает процесс эксплуатации детектора, так как исключается необходимость использования сложных цепей переключения конденсаторов при изменении времени усреднения, а также обеспечивается плавная установка времени усреднения с необходимой точностью. В результате существенно расширяется область практического использования данного среднеквадратического детектора в уни-версальных шумо- и виброизмерительных приборах, а также следящих контрольно-измерительных системах.

СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР, содержащий первый логарифматор, вход которого соединен с выходом выпрямителя, второй логарифматор, вход которого подключен к выходу блока усреднения, выполненного на основе операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи и резистором, соединенным однип из выводов с выходом усилителя, блок суммирования и антилогарифмирования, выполненный в виде транзистора, эмиттер и база которого подключены к выходам соответственно первого и второго логарифматоров, о т ли ся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и области практического использования, в него введены регулируемый и дополнительный нерегулируемый резисторы, причем регулируемый резистор включен между коллектором транзистора и инвертирующим входом операционного усилителя, дополнительный нере-J Гуто1руемый резистор -между коллектором, транзистора и шиной нулевого потен - д циала, а другой вывод ранее указанного® резистора подключен к точке соедине(Л ния коллектора транзистора с соответс ствующими выводами двух введенных резисторов. 7 со оо (Х CJ5