Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/44 

Изобркэтение относится к эпектротехл ке, а именно к созданию прецизионных источников синусоидальных колебаний с высоким быстродействием и малыми нел нейными искажениями и может найти при менение в измерительных приборах, калибрато дах и многозначных мерах переменного напряжения, в автоматизированных поверочных установках и комплексах приборах автоматики и т.о. Известен стабилизатор переменного н пряжения, содержащий колебательное tiijeHO к цепь стабилизации амплитуды, включающую преобразователь переменного напряжения в постоянное, схему сравнения, источник опорного напряжения, усилитель с фильтром нижних частот и регулирующий элемент С 1J. В этом устройстве для получения при емлемых нелинейных искажений выходного напряжения необходимо, чтобы постоянная времени фильтра нижних частот была много больше периода колебаний стабилизируемого напряжения, что требует значит| льного времени установления амплитуць выходного напряжения. Например, при заданном коэффициенте гармони kf 0,1% только за счет пульсаций управляк)1иего напряжения, поступающего на регулирующее звено, постоянная бремени фильтра нижних частот на рабочей частоте 10 Гц должна быть / 100 с. -Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гене рирования и стабилизации переменного напряжения, содержащее колебательное звено (реализованное на основе активног режекторного фильтра) и цепь стабилизации амплитуды, вход и выход которой соединен с выходом и входом колебатель ного звена, включающую последовательно соединенные преобразователь перемен ного напряжения в постоянное (выполненный на диоде), схему сравнения, второй вход которой связан с выходом Источника опорного напряжения, фильтр нижних частот и усилитель (выполненные на дифференциальном усилителе) и регули рующее звено, сигнальный вход которого Связан с выходом колебательного звена 2J. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, ограниченное постоянной -времени фильтра нижних частот, значение которой во много раз больще периода стабилизируемого напряжения. Целью изобретения является повыще- ние быстроцействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее колебатель ное звено, к выходу которого подключена цепь стабилизации амплитуды, включающая последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, узел сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, фильтр нижних частот, усилитель и регулирующее звено, введены п последовательно соединенных интеграторов, вход первого из которых подключен к сигнальному выходу регулирующего звена, а выход fi -го к входу колебательного звена, причем сигнальный вход регулирующего звена соединен с введенным дополнительным выходом колебательного звена. Интеграторы выполнены на основе операционных усилителей, которые дополнительно охвачены цепью отрицательной обратной связи, содержащей два последовательно соединенных резистора, точка соединения которых связана с общей щиной через конденсатор. На чертеже представлена схема стабилизатора переменного напряжения. Стабилизатор переменного напряжения содеркит колебательное звено 1, к выходу которого подключена цепь стабилизации амплитуды, включающая последователirно соединенные преобразователь 2 пере- менногЬ напряжения в постоянное, узел 3 сравнения, второй вход которого связан с выходом источника 4 опорного напряжения, фильтр 5 нижних частот, усилитель б и регулирующее звено 7, сигнальный вход которого связан с вторым дополнительным выходом колебательного звена 1, а выход подключен к первому 8 из h последовательно соединенных интеграторов, выход п -го интегратора 9 соединен с входом колебательного зве- на 1. Работа устройства стабилизации начинается с возникновения условий самовозбуждения колебательного звена 1. В начальный момент, когда амплитуда выходного напряжения меныие установивщегося значения, цепь стабилизации амплитуды вырабатывает сигнал рассогласования, который проходя через интеграторы приводит к увеличению амплитуды выходного напряжения стабилизатора, т.е. цепь стабилизации формирует сигнал рассогласования, который, воздействуя на регулирующее звено, изменяет его коэффициент передачи в сторону уменьшения сигнала рассогласования. В стационарном режиме выходное напряжение регулирующего звена приближается к нулю. Положительный эффект достигается бл гоцаря тому, что между выходом регули рующего и входом колебательного звена включено п последовательно соединенных интеграторов, которые осуществляют фил рацию гармоник выходного напряжения регулирующего звена, но при этом не влияют на динамические свойства системы, а постоянная времени фильтра нижни частот соответственно уменьщена. За счет уменьшения значения постоянной времени фильтра, удается существенно сократить время переходного процесса, повысить быстродействие стабилизатора. Действительно, если, например, считать постоянные времени введенных интеграторов одинаковыми и такими/ что коэ4ьфициент передачи их на частоте первой гармешики равен единице, то коэффициент передачи п интеграторов для гармоник равен (Г где m - номер гармоники. Отрюда следует, что, благодаря включению (П таких интеграторов, при линейном коэффициенте передачи регулирующего звена {что в области малых пульсаций всегда реально) можно уменьщить постоянную времени фильтра нижних частот по меньщей мере в 2 п раз при оди1524 наковом подавлении гармоник и соответственно повысить быстроаействне при полном сохранении всех других технических характеристик стабилизатора. Включение h интеграторов обуславливает соединение входа регулирующего звена с дополнительным выходом колебательного звена. При нечетном п интеграторов колебания на дополнительном выходе колебательного звена и колебания в точке суммирования с выходным сигналом п -го интегратора должны быть в фазе или противофазе; при четном п сдвинуты относительно друг друга на 9О или 270 . Таким образом, в зависимости о п интеграторов определяется место второго дополнительного выхода. На чертеже показан вариант с двумя интеграторами, однако был исследован и вариант с тремя интеграторами (в этом случае вход регулирующего звена соединяется с выходом устройства). Результаты исследований в сравнении с результатами исследований стабилизатора без интеграторов показывают полное совпадение с теоретическими расчетами: повышение быстродействия при включении интеграторов и. уменьшение постоянной времени фильтра. Снижение нелинейных искажений составляет 4 и 8 раз соответственно. Последний результат является дополнительным преимуществом предлагаемого стабилизатора по сравчнению с известными.

1. СТАБИЛИЗАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий колебательное звено, к выходу которого подключена цепь стабилизации амплитуды, включакяцая последовательно соединенные преобразователь переменного напряжения в постоянное, узел сравнения, вторсЛ вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, фильтр нижних частот, усилитель и регулирующее звено, отличающийся тем, что, с целью повьпиения быстродействия, в него введены Г1 последовательно соединенных интеграторов, вход первого из которых подключен к сигнальному выходу регулирующего звена, а выход п -го - к вхЬду колебательного звена, причем сигнальный вход регулирующего звена соединен с введенным дополнительным выходом колебательного звена. 2. Стабилизатор по п. 1, о т л и ч а - . ю щ и и с я тем, что интеграторы вы(Л полнены на основе операционных усилителей, которые дополнительно охвачены цепью отрицательны обратной связи, соде(з кащей два последовательно соединенных резистора, точка соединения которых связана с обшей шиной через конденсатор. ел