Стабилизированный источник напряжения переменного тока Советский патент 1983 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к созданию и применению стабилизаторов переменного напряжения и может быть использовано в автоматических системах регулирования, генераторах-калибраторах и других устройствах, где применяются источники стабильного переменного напряжения, имеющие малый уровень нелинейных искажений выходного сигнала.

Известен стабилизированный источник периодического сигнала, содержащий задающий генератор и усилитель с управляемым коэффициентом передачи, к выходу которого подключена цепь стабилизации выходного напряжения, включающая в себя усилитель-ограничитель, блок сравнения, перемножитель, инерционное звено и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого усилителя Cl .

Недостатки данного устройства ограниченное быстродействие цепи стабилизации, делающее невозможным стабилизацию быстрых флуктуации выходного напряжения задающего генератора, а также большие нелинейные искажения выходного сигнала, обусловленные наличием в управляющем напряжении на выходе перемножителя всех четных гармЬник сигнала: второй, четвертой, шестой и т.д., для подавления которых необходим фильтр с большой постоянной времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является стабилизированньш источник переменного напряжения, содержащий задающий генератор состоящий из двух встречно включенных инвертирующих усилителей, один из которых - с регулируемым коэффициергтом передачи с полевым транзистором в цепи обратной связи - подключен выходом через фазирующую цепь к входу другого усилителя, и усилитель мощности, к выходу которого подключен измерительный преобразователь, выходом соединенный с одним из входов узла сравнения, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход узла сравнения соединен с входом интегратора 2 J.

К недостаткам известного стабилизированного источника напряжения относятся большие нелинейные искажении выходного напряжения, обусловлеиHi.ie пульсациями сш-нплл рассогласования меж,цу выпрямленным выходным и опорным напряжениями, которые дополнительно усиливаются в усилителе постоянного тока и вызывают мо5 дуляцию сопротивления канала полевого транзистора, т.е. нелинейные искажения. Этому способствует также собственная нелинейность характеристики полевого транзистора.

0 Цель изобретения - уменьшение нелинейных искажений выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, чт.о в стабилизированном источ5 нике напряжения переменного тока., содер5г,ащем задающий генератор, состоящий из двух встречно включенных инвертирующих усилителей, один из которых - с регулируемым коэффициентом

0 передачи, с полевьпу транзистором в цепи обратной связи - подключен выходом через фазирующую цепь к входу другого усилителя, и усилитель мощности, к выходу которого подключен

5 измерительный преобразователь, выходом соединенный с одним из входов узла сравнения, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход узла сравнения соедиQ йен с входом интегратора, в цепь обратной связи инвертирующего усилителя с регулируемым коэффициентом передачи введен второй полевой транзистор, стоек которого подключен к стоку первого полевого транзистора и связан с выходом указанного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с истоком второго полевого транзистора, причем затворы обоих транзисторов подключены к противофазным выходам введенного дифференциального усилителя, вход которого соединен с выходом введенного фильтра с регулируемой постоянной времени, вход которого подключен к выходу интегратора, а управляющий вход соединен с выходом введенного блока управления, входом подключенного к выходу усилителя мощности.

Кроме того, фильтр с регулируемой постоянной времени выполнен на полевом транзисторе и конденсаторе, причем исток полевого транзистора подключен к входу фильтра, затвор - к управляющему входу, а сток соединен

5 с выходом фильтра и через конденсатор с общей шиной, яри этом блок управления выполнен в виде формиронателя М1)ду,г1я сигнала. На фиг. 1 про.дставленл функцнонал 1ная схема стабилизированного источника напряжения переменного тока; на фиг, 2 - осциллограммы его работы при использовании в качестве измерительного преобразователя, преобразователя средневыпрямленного значения напряжения. Стабилизированный источник содержит задающий генератор 1, состоящий из двух включенных встречно инвертирующих усилителей 2 и 3, один из которых - с регулируемым коэффициентом передачи - подключен выходом через фазирующую цепь 4 к входу усилителя 2, усилитель 5 мощности, входом подключенный к выходу задающего генератора. 1, а выходом - к выходной клемме и к входам формирователя 6 модуля и измерительного преобразователя 7, которые, в свою очередь, подключены соответственно к управляющему входу фильтра 8 с регулируемой постоянной времени и к первому входу узла 9 сравнения, второй вход которого соединен с источником 10 опорного напряжения, а выход через после довательно соединенные интегратор 11 и фильтр 8 подключен к входу дифференциального усилителя 12 управления противофазные выходы которого соединены с затворами полевых транзисторов 13 и 14, включенных в цепи обрат ной связи регулируемого усилителя 3. Стабилизированный источник работает следующим образом. За счет положительной обратной связи, образованной двумя инвертирующими усилителями 2 и 3, задающий генератор 1 вырабатывает синусоидаль ные колебания на резонансной частоте фазирующей цепи 4, амплитуда кото рых зависит от соотношения сопротивлений полевых транзисторов 13 и 14, включенных в цепи обратной связи регулируемого усилителя 3, и которые усиливаются по мощности 5 усилителем поступают на выходную клемму и на входы формирователя 6 и преобразователя 7 и стабилизируются на уровне, заданном источником 10 опорного напряжения. Сигнал рассогласования меж ду выходным и опорным напряжениями, поступающий со схемы 9 сравнения, усиливается и фильтруется интеграто

ром 11, затем фильтром 8 и поступает 55чески не имеет пульсаций.Следовательна дифференциальный усилитель 12,но, выходное напряжение будет иметь

Выходные противофазные напряжения ко-малые модуляционные нелинейные искаторого изменяют в разные стороныжения. опротивления полевых трангшстороп 13 и 14 так, чтобы поддерживать неизенным выходное напряжение источника ри изменении частоты или условий озбуждения задающего- генератора 1. При работе устройства с преобразователем 7 средневыпрямленного значения (хотяон может быть и среднеквадратического значения ) на выходах формирователя 6 модуля и преобразователя 7 напряжения имеют одинаковую форму (фиг.25К Следовательно, здесь можно вместо двух узлов 6 и 7 использовать один преобразователь 7. Напряжение с его выхода поступает на управляющий вход фильтра 8 и на схему 9 сравнения, на второй вход которой подается опорное напряжение Далее сигнал рассогласования поступает на интегратор I1, который служит для выделения и усиления постоянной составляющей и подавления гармонических составляющих пропорционально их частотам. Интегратор 11 определяет инерционность системы стабилизации. Вследствие этого для получения выходного напряжения, в котором стабилизированы быстрые флуктуации сигнала с задающего генератора 1, необходимо выбрать малой постоянную времени интегратора 11. Его выходное напряжение, гармонические составляющие которого сдвинуты на 90°(рис.2В), при поступлении на усилитель 12 управления вызовет больщие нелинейные искажения, которые образуются при перемножении на полевых транзисторах 13 и 14 гармонических составляющих управляющего и выходного напряжений. Чтобы этого не произошло, в схему введен дополнительный фильтр 8 с.регулируемой постоянной времени, которая для переходного процесса мала и определяется малым регулируемым сопротивлением в моменты времени t , tp, t .... В промежутках этого времени, когда сигнал пульсации возрастает, увеличивается и постоянная времени фильтра 8 и не пропускает, т.е. фильтрует, гармонические составляющие сигнала рассогласования. В результате этого управляющее напряжение U р на входе усилителя 12 управления (фиг.2г/ практиJКроме того, включение в цепь об« ратной связи регулируемого усилителя 3 второго полевого транзистора 14, сток которого объединен со стоком пе вого транзистора 13, позволяет значительно уменьшить {на порядок и более )собственные нелинейные идкажения, вызванные нелинейностью характеристик полевого транзистора J3, в достаточно большой зоне регулирования. Это достигается за счет компенсации нелинейных искажений полевых транзисторов 3 и 14 при одинаковых их сопротивлениях, т.е. при равеистве управляющего напряжений на их зат ворах. За счет противофазного управления с усилителя 12 транзисторы 13 и 14 поочередно открьшаются или закрываются в зависимости от полярности напряжения на входе усилителя 12 управления. Это позволяет получить большую зону регулирования и малый уровень переменного напряжения на стоках полевых транзисторов 13 и 14 (не более 10-2ртВ), при котором они I имеют малый уровень вносимьпс нелинейных искажений. Возможно также и 44 применение линеаризующих резисторои, включенных между стоком и затвором каждого полевого транзистора 13 или 14 и между затвором и выходом усилителя 12 управления. Сопротивление этих резисторов (порядка нескольких десятков килоом) должно быть одинаково. Чтобы исключить прохождение управляющего напряжения на выход регулируемого усилителя 3, между стоками транзисторов 13 и 14 и линеаризующими резисторами может быть включен повторитель напряжения на биполярном транзисторе, хотя устройство работоспособно и без него. Таким образом, включение второго полевого транзистора и дополнительного фильтра с регулируемой постоянной времени в цепи стабилизации, управляющий вход которого подключен к блоку управления, позволит не менее чем на порядок уменьшить нелинейные искажения выходного напряжения., обусловленные нелинейностью характеристики полевого транзистора и пульсациями управляющего напряжения на затворах полевых транзисторов.

1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий задающий генератор, состоящий из двух встречно включенных инвертирующих усилителей, один из которых - с регулируемым коэффициентом передачи, с полевым транзистором в цепи обратной связи - подключен выходом через фазирующую цепь к входу другого усилителя и усилитель мощности, к выходу которого подключен -измерительньш преобразователь, выходом соединенный с одним из входов узла сравнения, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход узла сравнения соединен с входом интегратора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений выходного напряжения, в цепь обратной связи инвертирующего усилителя с регулируемым коэффициентом передачи введен второй полевой транзистор, сток которого подключен к стоку первого полевого транзистора и связан с выходом указанного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с истоком второго полевого транзистора, причем затворы обоих транзисторов подключены к противофазным-выходам введенного дифференциального усилителя, вход которого соединен с выходом введенного фильтра с регулис 3 руемой постоянной времени, вход которого подключен к выходу интеграто(Л ра, а управляющий вход соединен с выходом введенного блока управления, входом подключенного к выходу усилителя мощности. 2. Источник по п.I, о т л и ч аю щ и и с я тем, что фильтр с регулируемой постоянной времени вы4 О5 полне,н на полевом транзисторе и конденсаторе, причем исток полевого 4 4 транзистора подключен к входу фильтра, затвор - к управляющему входу, а сток соединен с выходом фильтра и через конденсатор с общей шиной, при этом блок управления выполнен в виде формирователя модуля сигнала.

«,7

Фиг.г