Масштабный преобразователь напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к электрю иэмерительной технике и может быть использовано в измерительных преоб разователях эффективного значения Напряжения гириодических сигналов произвольной формы в постоянное нап ряжение. Известен масштабный преобразовате напряжения с автоматической регули ровкой и запоминанием коэффициента передачи, содержащий компарирующий преобразователь, вход которого через коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и вцхо ду широкополосного усилителя, цепь обратной связи, один вход которой подключен к выходу компарирующего преобразователя, а другой - к фиксирующему элементу калибровки и -че рез ключ - к выходу цепи обратной связи, соединенной через ключ с за поминающим элементом С13. Недостатками эвecтнoгo масштабного преобразователя являются низкие быстродействие и точность преобразования в широких динамическом и частотном диапазонах изменения входного напряжения, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является масштабный преобразователь напря-. жения, содержащий широкополосный усилитель с основным и дополнитель ным регулирующими элементами, компарирующий преобразователь, вход которого через коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и выходу широкополосного усил теля, цепь обратной связи, первый вход которой подключен к выходу компарирующего преобразователя, а второй - к фиксирующему элементу калибровки и через ключ - к выходу цепи обратной связи, основной и дополнительный запоминающие элементы соединенные с управляющими входами основного и дополнительного регулирующих элементов и через коммутирующие элементы - соответственно с выходом цепи обратной связи, цепь положительной обратной связи, вход которой подключен к выходу широкополосного усилителя, а выход через сумматор соединен с входом широкополосного усилителя, второй вход сумматора подключен к выходу широкополосного усилителя 2. Недостатком известного масштабного преобразователя является низкое быстродействие в широком динамическом диапазоне входных-напряжений из-за длительного переходного процесса преобразования. Цель Изобретения - повышение быстродействия преобразования в широком динамическом диапазоне входных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в масщТабный преобразователь напряжения, содержащий широкополосный усилитель с регулирующим элементом, компарирующий преобразователь , вход которого через первый коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и выходу широкополосного усилителя, цепь обратной .связи, .первый вход которой соединен с выходом компарирующего преобразователя-, а второй - с фиксирующим элементом калибровки и через первый ключ - с выходом цепи обратной связи, основной запоминаю щий элемент, соединенный с регулирующим элементом и с выходом второго ключа, дополнительный запоминающий элемент, соединенный с выходом третьего ключа, и суммат.ор, введены линейный и нелинейный преобразователи, второй и третий коммутаторы и источник вспомогательного напряжения, причем вход линейного преобразователя и первый вход второго коммутатора объединены и являются входоммасштабного преобразователя напряжения, выход линейного преобразователя через нелинейный преобразователь соединен с входом третьего ключа, первый вход сумматора подключен к дополнительному запоминающему элементу, второй его вход соединен с выходом третьего коммутатора, а выход сумматора соединен с входом второго ключа, второй вход второго коммутатора соединен с источником вспомогательного напряжения, а его выход - с входом широкополосного усилителя, первый вход третьего коммутатора соединен с выходом цепи обратной связи, а второй его вход соединен с общей клеммой масштабного преобразователя напряжения. На чертеже показана блок-схема масштабного преобразователя напряжения. Масштабный преобразователь напряжения содержит линейный преобразователь 1, осуществляющий преобразование эффективного значения входного напряжения в постоянное, нелинейный преобразователь 2, осуществляющий преобразование постоянного напряжения в постоянное, широкополосный усилитель 3 с ре гулирующим элементом, цепь 4 обратной связи, компарирующий преобразователь 5, первый коммутатор б, первый ключ 7, фиксирующий элемент 8 калибровки, второй ключ 9, дополнительный запоминающий элемент 10, сумматор 11, второй коммутатор 12, основной запоминающий элемент 13, третий ключ 14 и третий коммутатор 15. Масштабный преобразователь напряжения работает следующим образом Входное напряжение Ug в течение всего времени работы масштабного преобразователя напряжения пос тупает на вход последовательно соединенных быстродействукзщего линейного преобразователя 1, осуществляю щего преобразование эффективного значения входного напряжения в постоянное напряжение, и нелинейного преобразователя 2, При этом передаточная характеристика нелинейного преобразователя 2 выбирается таким образом, чтобы общая передаточная характеристика линейного 1 и нелинейного 2 преобразователей совпадала с функцией зависимости напряжения регулирования регулирующего элемента широкополосного усилителя 3 от величины эффективного значения и в установившемся режиме (т.е. после окончания процесса масш табно-го преобразования) . Первый коммутатор б устанавливае ся в положение а. и через него подается образцовое напряжение UQ на вход компарирующего преобразова теля 5. Выход цепи 4 обратной связи через первый ключ 7 соединяется с фиксирующим элементом 8 калибровки. При этом на фиксирующем элемен те 8 кёшибровки устанавливается напряжение, однозначно связанное с эффективным значением образцового напряжения U. Одновременно выходное напряжение нелинейного Преобра зователя 2 через замкнутый третий ключ 14 поступает на входы дополнительного запоминающего элемента 10 и на первый вход сумматора 11. При этом выходное нгшряжение сумматора 11 равно выходному напряжению нелинейного преобразователя 2, так как на втором входе сумматора 11 через третий коммутатор 15 находящийся в положении S , поддерживается нулевой потенциал. Перед окончанием калибровки выход сумма тора 11 через второй ключ 9 соединяется с управляющим входом регули .рукнцего элемента широкополосного ус лителя 3, а вход широкополосного усилителя через второй коммутатор устанавливаемый в положение 5 , под ,ключается к источнику входного нап ряжения Ug;( . При этом исключается влияние пер ходньгх процессов широкополосного усилителя, возникающих при резком изменении коэффициента передачи регулирующего элемента, на точность масштабного преобразования U, так как указанные переходные проце сы успевают заканчиваться до момен та замыкания цепи параметрической обратной связи, образованной компа риругощим преобразователем 5 и цепью 4 обратной связи (замыкание происходит в момент окончания ка)1Ибровки). На выходе широкополосного усилителя к этому люменту устанавливается напряжение, соответствующее с определенной точностью эффективному значению образцового напряжения }Q. По окончании калибровки вход компарирующего преобразователя 5 отключается от источника образцового напряжения и подключается к выходу широкополосного усилителя, а также размыкаются первый 7 и третий 14 ключи, причем на фиксирующем элементе калибровки запоминается напряжение, .соответствующее образцовому напряжению и„, а на дополнительном запоминающем элементе выходное напряжение нелинейного преобразователя, соответствующее с определенной точностью требуемому напряжению регулирования регулирующего элемента, в зависимости от эффективного значения вход- ного напряжения. Далее третий кокмутатор 15 переключается в положение а , тем самым замыкается цепь параметрической обратной связи через второй вход сумматора 11. При этом компенсирутся погрешность которая возникает из-за,неточности работы цепи параметрической адаптации регулирующе- го элемента широкополосного усилителя к уровню эффективного значения входного напряжения Ug. На выходе широкополосного усилителя3устанавливается- напряжение,соответствующее с высокой точностью эффективному значению образцового напряжения Ug. При этом регулирующий элемент широкополосного усилителя работает не во всем своем динамическом диапазоне регулирования, а лишь в окрестности одной рабочей точки, положение которой на регулирующей характеристике и размеры ее окрестности определяются точностью работы ц епи параметрической адаптации регулирующего элемента к уровню эффективного значения входного напряжения Ug . За счет этого и достигаеуся высокое быстродействие масштабного преобразователя напряжения в широком диапазоне входных напряжений, так как длительность возникгиощего при этом переходного процесса очень мала. По окончании процесса масштабного преобразования входного напряжения и цд первый, и третий коммутаторы б и 15, первый и третий ключи 7 и 14 возвргицаются в исходное состояние, а второй ключ 9 размыкается. При этом установившееся значение коэффициента передачи широко- .

полосного усилителя сохраняется неизменным/ поскольку напряжение на выходе основного запоминающего элемента остается постоянным.

Для определения значения коэффициента передачи на вход широкополосного усилителя через второй коммутатор 12 (положение а) подается вспомогательное напряжение Ugcn По величине выходного напряжения широкополосного усилителя при заданном значении И рЛегко определяется

коэффициент передачи масштабного преобразователя,.

Таким образом, вследствие введения в масштабный преобразователь цепи параметрической адаптации, содержащей последовательно включенные линейный и нелинейный преобразователи, подключенные через ключи и сумматор к регулирующему элементу ши рокополосного усилителя, повышается быстродействие в широком диапазоне входных напряжений масштабного преобразователя.

МАСШТАБНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий широкополосный усилитель с регулирующим элементом, коьртарирующий преобразователь, вход которого через первый коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и выходу ши.рокополосного усилителя, цепь обратной связи, .первый вход которой соединен с выходом компарирующего прербразователя, а второй - с фиксирующим элементом калибровки и через первый ключ - с выходом цепи обратной связи, основной запоминающий элемент, соединенный с регулирующим элементом и с выходом второго ключа, дополнительный запоминающий элемент, соединенный с выходом третьего ключа, и сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены линейный преобразователь, нелинейный преобразователь, второй и третий коммутаторы и источник вспомогательного напряжения, причем вход линейного преобразователя и первый вход второго коммутатора объединены и являются входом масштабного преобразователя напряжения, выход линейного преобразователя через нелинейi ный преобразователь соединен с входом третьего ключа, первый вход СО хгумматора подключен к дополнительному запоминающему элементу, вто.рой его вход соединен с выходом третьего коммутатора, а выход сумматора соединен с входом второго ключа, второй вход второго коммутатора соединен с источником вспомогательного напряжения, а его выход с входом широкополосного усилителя, первый вход третьего коммутатора 4 соединен с выходом цепи обратной о:) . связи, а второй - с общей клемьлой масштабного преобразователя напряжения..

f/Sc

У