Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в вольтметрах переменного тока.

Известен линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий соединенные последовательно двухполупериодный выпрямитель, квадратирующее устройство, выполненное в виде двух полевых транзисторов, двух операционных усилителей, резисторы и фильтр низкой частоты ij .

Однако необходимость использования двухполупериодного выпрямителя в указанном преобразователе приводит к его усложнению и увеличению погрешности преобразования за счет погрешности, вносимой выпрямителем.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой, первый и второй резисторы, подключенные одним из выводов к истокам соответственно первого и второго полевых транзисторов, усилитель разбаланса, включенный между истоком и затвором первого полевого транзистора, инвертирующий усилитель, включенный между истоком второго полевого транзистора и входом фильтра низких частот, третий резистор и дополнительный инвертирующий усилитель, причем третий резистор включен между истоком первого полевого транзис5тора и входной шиной преобразователя, связанной со стоком второго полевого транзистора, дополнительный инвертирующий усилитель включен между другим выводом первого резистора и выходом фильтра низких частот, связанньм со стоком первого полевого транзистора, а другой вывод второго резистора соединен с входом фильтра низких частот 2 .

К недостаткам известного преобразователя относятся суженный динамический диапазон в области малого уровня входного сигнала и невысокая чувствительность, так как при малом уровне входного сигнала значительную долю выходного напряжения преобразователя составляет напряжение,, вызванное дрейфом инвертирующего усилителя. Если суммарное выходное напряжение положительно, то усилитель разбаланса входит в насьвдение, и запирает транзисторы. Для нормальной работы преобразователя необходимо входное напряжение такого уровня , при котором усилитель разбаланса мог бы выйти из насыщения.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя разбаланса, вход которого соединен с истоком первого транзистора и через первый резистор связан с входной шиной и стоком второго транзистора, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с истоком второго транзистора и первым выводом второго резистора, а выход - с BTOpbjM выводом второго резистора и входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, стоком первого транзистора и входом дополнительного, инвертирующего усилителя , дополнительно введены третий полевой транзистор, второй фильтр низкой частоты, второй удилитель разбаланса и источник опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора подключен к выходу дополнительного инвертирующего усилителя , исток - к истоку первого транзистора, затвор - к выходу второго усилителя разбаланса, выход первого усилителя разбаланса через второй фильтр низкой частоты связан с одним входом второго усилителя разбаланса, а выход источника опорного напряжения соединен с другим входом второго усилителя разбаланса,

На чертеже приведена электрическая схема линейного преобразователя действующего значения переменного напряжения.

Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения содержит первый 1 и второй 2 полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя 3 разбаланса, вход которого соединен с истоком первого транзистора 1 иЧерез первый резистор 4 связан с входной шиной 5 и стоком второго транзистора 2, инвертирующий усилитель 6, вход которого соединен с истоком второго транзистора 2 и первьлм выводом второго резистора 7, а выхол- с вторым выводом второго резистора 7 и входом фильтра 8 низкой частоты, выход -которого соединен с выходной шиной 9, стоком первого транзистора 1 и входом дополнительного инвертирующего усилителя 10, В преобразователь дополнительно введены третий полевой транзистор 11, второ фильтр 12 низкой частоты, второй усилитель 13 разбаланса и источник 14 опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора 11 подключен к выходу дополнительного инвертирующего усилителя 10, исто к истоку первого транзистора 1, з твор - к выходу второго усилителя 13 разбаланса. Выход первого усил теля 3 разбаланса через второй фил 12 низкой частоты связан с одним входом второго усилителя 13 раэба лаиса, а выход источника 14 опорно го напряжения соединен с другим входом второго усилителя 13 разбаланса. Пpeoбpaзoвateль работает следую щим образом. Первый усилитель 3 разбаланса поддерживает на своем входе бгшан токов Ue,lt) где Ugj (t) - входной сигнал преобразователя - выходное напряже ние преобразователя-проводимость резистора 4; -проводимостикан лов транзисторов 11 и 1. Под действием входного сигнала и выходного напряжения преобразова .1«ля напряжение на затворе транзис тора 1 изменяется таким образом, что его проводимость « if Выходное напряжение инвертирующего усилителя 6 связано с входним сигналом соотношением U2 -Ue«W- где Uj - выходное напряже ние инвертирукиде го усилителя 6; - проводимость канала транзисто ; G . - проводимость резистора 7. Параметры транзисторов 1 и 2 выбирают идентичнымиf поэтому G4 GZ и в соотношении (3J можно подставить значение Gf, определяемое из соотношения (2) . Фильтр 8 низких частот усредняет за период Т входного сигигша напряжение Ug, поэтому на выходе преобразователя-ll -« - i -l;«v и вх (t) представляет собой колебание синусоидальной формы, поэтому первое слагаемое в соотношении (5) равно нулю u;AiUi, -нТаким образом, выходное напряжение преобразователя пропорционально действующему значению входного сигнала. Цепь, образованная усилителями 3 и 13 разбаланса, фильтром 12 низкой частотыИ полевым транзистором 11, представляет контур стабилизации сдвига нулевого уровня усилителя 13 разбаланса. Указанный сдвиг нулевого уровня выбирают из условия минимальной нелинейности коэффициента преобразования, он имеет положительную полярность. Если сдвиг превышает заданное значение, то соответствующее приращение напряжения на выходе первого усилителя 3 разбаланса через второй фильтр 12 низкой частоты поступает на один вход второго усилителя 13 разбаланса, на другой вход которого подается напряжение от источника 14 опорного напряжения. Если выходное напряжение .первого усилителя 3 разбаланса превышает опорное напряжение, то выходное напряжение второго усилителя 13 разбаланса изменяет проводимость канала полевого транзистора 11 до тех пор, пока выходное напряжение первого усилителя 3 разбаланса не станет равным заданному значению, определяемому опорным напряжением. Таким образом, выходное напряжеие первого усилителя 3 разбаланса е превышает заданного значения незвисимо от влияния дрейфа других силителей; поэтому преобразователь аботоспособен при малых значениях ходного сигнала, вследствие чего асширяется его динамический диапазон- и повышается чувствительность. Преимущество изобретения заклюается в повышении достоверности аботы преобразователей за счет озможности исключения неопределености его работы в зоне значений игналов, соизмеримых с шумами и лизких к нулевому уровню.

f-CD

ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых соединены между собой и с выходом первого усилителя разбаланса, вкод которого соединен с истоком первого транзистора и через первый резистор связан с входной шиной и стоком второго транзистора, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с.истоком второго транзистора и первым выводом второго резистора, а выход - с вторым выводом второго резистора и входом фильтра низкой частоты, выход которого соединен с выходной шиной, стоком первого транзистора и входом дополнительного инвертирующего усилителя , отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения чувствительности, в него дополнительно введены третий полевой транзистор, второй фильтр низкой частоты, второй усилитель разбаланса и источник опорного напряжения, при этом сток третьего транзистора подключен к выходу дополнительного инвертируюI щего усилителя, исток - к истоку первого транзистора, затвор - к (Л выходу второго усилителя разбаланса, выход первого усилителя разбаланса через второй фильтр низкой частоты связан с одним входом второго усилителя разбаланса, а выход источникаопорного напряжения соединен с Другим входом второго урнлителя разо баланса. У 4а