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

1 . 1 Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам напряжения, и может быть использован при построении информационно-измерительных, систем. Известен калибратор напряжения, содержащий задающий генератор, регулируемый усилитель, два летектора, переключаемый аттенюатор, источник опорного напряжения, а также узел сравнения С 1 } . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является калибратор напряжения переменного тока содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, пер вый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа, и одному из входов первого аналогового запоминающего блока С2 . Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой точностью. Цель изобретения - повышение точности калибратора напряжения переменного тока. Поставленная цель достигается тем что в калибратор напряжения переменного тока, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегра тор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, введены включенные последовательно трети 1 ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора выход - с выходным выводом калибратора иВХОДОМ линейного детектора, а упра8ляюи4ий вход подключен к выходу 5 первого аналогового запоминающего блока, при этом логический блок управления подключен входом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла управления, первым выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того узел управления подключен соответствующими выходами к управляющим входам третьего и пятого ключей и к управляющему входу второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен с входом первого интегратора. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого калибратора; на фиг.2 и 3 временные диаграммы интервалов формирующихся импульсов; на фигЛ - структурная схема узла управления; на фиг.5 - структурная схема логического блока управления. Калибратор напряжения переменного тока содержит включенные последовательно источник 1 опорного напряжения, первый ключ 2, интегратор 3, аналоговый запоминающий блок k, а также последовательно включенные зторой ключ 5 и линейный детектор 6, узел 7 управления, подключенный к входу управления калибратора, первому ключу . и аналоговому запоминающему блоку k, последовательно включенные . третий ключ 8, второй интегратор 9, второй аналоговый запоминающий блок 10, инвертор 11, переключатель 12, второй вход которого подключен к зходу инвертора, и четвертый ключ 13, выход которого подключен к входу первого интегратора 3, а также пятый ключ .14, подключенный к второму интегратору 9 и второму аналоговому запоминающему блоку 10, регулирующий элемент 15, на вход которого подается нестабилизированное переменное напряжение с входного калибратора, выход является выходным выводом калибратора напряжения и входом линейного детектора 5, а управляющий вход подключен к первому аналоговому запоминающему блоку k, логический блок 1б управления, подключенный к узлу 7 управления, переключателю 12 и второму 5 и четвертому 13 ключам, на вход которого подается входное переменное напряжение, причем узел 7 управления подключен к третьему 8 и пятому Ik ключам и второму анэлого31вому запоминающему блоку 10, а второй ключ 5 подключен к первому интегратору 3. В простейшем случае .узел 7 управ.ления (фиг.4) преобразует входной код в последовательность интервалов Т, Т2 и Т,. Узел содержит генератор 17 тактовых импульсов, счетчик 18 импульсов, подключенный к генератору 17 схему 19 сравнения кодов, два триггеpa 20 и 21, одноеибратор 22 и логичес кую схему И 23. На счетном триггере 20 формируется интервал времени Т/,, длительность которого задается емкостью счетчика 18 импульсов и частотой генератора 17 тактовых импульсов Интервал времени Т2 формируется логической схемой И 23 после окончания интервала Т ,причем задний фронт импульса Т- формируется по приходу сигнала со схемы 19 сравнения кодов. Импульс выборки Т - формируется од новибратором по заднему фронту импульса Т. Логический блок 16 также может быть выполнен достаточно просто. Схе ма блока, реализующая систему уравнений для верхнего положения переклю чателя 12, приведена на фиг.5. Входными сигналами являются импульсы Т, Т,, сформированные устройством 2 Ъ и входное переменное науправления. пряжение и... ,,которое поступает на DAC . ВХОД формирователя 2ч, формирующего импульсы с периодом переменного напряжения. Передний фронт импульса Т. формируется триггером 25 по переднему фронту Tg, задний фронт - по окон чанию те1 у1цего периода переменного напряжения. Условие формирования импульса Те реализуется на схеме ИЛИНЕ 2б и триггере 27. Импульс запуска узла управления формируется с помощью одновибратора 28 по окончанию всех импульсов Т,, Tj, Т, Т, момент которых определяется логической схемой ИЛИ-НЕ 29. Все остальные блоки предлагаемого калибратора могут быть реализованы по любой известной схеме. Регулирущий элемент 15 представляет собой масштабный преобразователь, коэффициент передачи которого зависит от постоянного напряжения на его управляющем входе. Регулирующий элемент должен иметь монотонную непрерывную характеристику. Узел 7 управления преобразует входной сигнал, в данном случае код. 5 в последовательность временных интервалов Т , Т , Т , управляющих соответственно ключами 2, 8 и И и аналоговыми запоминающими блоками k и 10. Импульсы Тн являются для аналоговых запоминающих блоков t и 10 импульсами выборки, по приходу которых происходит запоминание выходных напряжений интеграторов 3 и 9 соответственно. Положение переключателя 12 зависит от соотношения между периодом переменного напряжения Т и длительностью интервала времени Т. Нижнее положение переключателя 12 соответствует условию ,. Для других значений периода стабилизируемого переменного напряжения переключатель 12 находится в верхнем положении и включает в цепь инвертор 11 . Логический блок 1б управления формирует импульс - запуска Т для узла 7 управления и временные интервалы Т и TC для управления соответственно ключами 5 и 13, а также определяет положение переключателя 12. При этом (фиг.2 и 3 для верхнего положения переключателя 12 должны выполняться логические условия Тд Т, V Т„: . . (1) 4 12 0 TS Iz -TO -Ь; Тб . I J т а для нижнего положения переключателя 12 Тл т Тд-, (1) TS 2 -lo -Тэ; (2) Ч Т -Т2-Т5« Т -TS, (3) Начало Т2, синхронизируется с началом периода переменного напряжения. При этом в первом случае (фиг.2) 1 дополняется до конца ближайшего периода переменного напряжения Т (п+1).Тр.(k) Во втором случае (фиг.З) 2 Формируется равным наибольшему количеству целых периодов, входящих в Т Калибратор работает циклично. Циклы задаются импульсами Т, синхронизирующими работу узла 7 управления. В каждом цикле оба интегратора 3 и 9 в течение о, Т;, интегрируют напряжение источника 1 опорного напряжения. В течение времени Т2 з вход второго интегратора 9 подается сигнал обратной связи с выхода второго аналогового запоминающего блока 10. По приходу импульса Т, происходит выборка и запоминание выходных сигналов 51 интеграторов обоими аналоговыми запоминающими блоками и 10. В течени времени Т, равном целому числу пери дов переменного напряжения на вход первого интегратора подается сигнал обратной связи с выхода{71инейногЪ , детектора 6. Благодаря, применению логического блока 16 в цепи обратной связи выполняется условие получения средневыпрямленного значения переменного .напряжения Т Тр. Но Т отличается от управляющего сигнала Т, и фактйчески выходное напряжение определяется выражением UortTi .рМёСТО; U вых ср - Т 6bfxcp onT-,-Tj JonT - Для компенсации аддитивной погрешности (5) на входе интегратора 3 необходимо сформировать импульс амплитудой и -i-, и длительностью , причем полярность импульса зависит о положения переключателя 12. При этом вольт-секундная плои1адь корректирующего импульса усредняется за тот же промежуток времени Т. Формирователь корректирующих импульсов состоит из формирователя корректирующего напряжения (U, , ср «пТ-,/Т2). собранного по схеме времяделительного потенциометра на блоках 1, 8, 9, Ю и 13, приче инвертор 11 включен из-за того, что напряжение на выходе аналогового запоминающего блока имеет знак, проти5воположный Uon- Ключ 13 открыт в течение времени Т. В установившемся режиме в схеме, достигается равенство вольт-секундных площадей опорных и корректирукнцих импульсов и выпрямленного выходного переменного ,напряжения, что соот тствует идеальному случаю. Предлагаемое техниуеское решение позволяет форми{з6вать 1; и Т- не зависимо от частоты переменного напряжения, причем устройство особенно эффективно работает на низких и инфранизких частотах. Нижняя граница рабочих частот определяется в основном токами утечки интегратора 3 и может достигать при использовании операционного усилителя типа 140УД8 вхоэ . Погрешность от входного тока при этом составит i ВХ OV 0,01 о/о. ВХ ИНТ Введенные блоки позволяют поддерживать сходимость итерационного процесса оптимальной в широком диапазоне частот, Таким образом, введение в состав калибратора напряжения третьего ключа, второго интегратора, второго аналогового запоминающего блока, инвертора, переключателя, четвертого клю ча, регулирующего элемента и логической схемы управления, а также соответствующих связей позволяет повысить точность устройства, упростить узел управления и расширить рабочий диапазон ,частоты. В результате значительно расширяется область применения калибратора, вследствие чего отпадает необходимость в разработке других калибраторов переменного напряжения и применении в устройстве более качественных элементов с большим динамическим диапазоном.

f

Г/

КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, о т л и м а ю 1( и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены включенное последовательно третий ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход - с выходным выводом калибратора и входом линейного детектора, а управляющий вход подключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логиi ческий блок управления подключен вхо(Л дом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла упС равления, первым выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того, узел управления подключен соответствующими вы4ib ходами к управляющим входам третьего О) и пятого ключей и к управляющему вхо 4 ду второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен сл с входом первого интегратора.

n

Л

To

АгУУУЧЛАу

Гг

-5

«jy

f

Тб

фvг.г

Ts

ti

r

Г,

J

Т,

/

р7

лКАКлКл

/

Л

/

6 /

cpvt.d

(pvz.