Устройство для выделения абсолютного значения напряжения переменного тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к двухполупериодным выпрямителям сигн .лов, и предназначено для выделения абсолютного значения напряжения с уменьшенной.температурной погрешностью. Известно устройство для вьвделенйя абсолютного значения напряжения содержащее операционный усилитель (ОУ), инвертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирукиций с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертирующим входом ОУ через две параллельные цепи отри цательной обратной связи (ООС), состоящие из последовательно включенных диодов и резисторов, а также сумматор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй - с точкой соединения диодаи резистора цепи ООС, а выход - с выходной клеммой устройства 1 Недостатками известного устройст ва являются ограниченное быстродействие и большая температурная погре ность при малых уровнях сигналов, Быстродействие этого устройства ограничено скоростью, с которой ОУ включает один выпрямительный диод и выключает другой, При этом выходное напряжение ОУ должно измениться на величину, равную двойному падению напряжения на открытом диоде. Темпе ратурная погрешность устройства обу ловлена высокой температурной чувствительностью указанного падения напряжения на диоде. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ус ройство для вьщеления абсолютного з чения напряжения, содержащее ОУ, ин вертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирующий -с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертирующим входом через две параллельные цепи ООС, первая из ко торых состоит из последовательно включенных диода и резистора, и вторая - из последовательно включенных резистора смещения, диода и резистора, сумматор, первый вход которого .соединен с входной клеммой устройства, второй-с катодом диода второй Цепи ООС, а выход - с выходной клеммой устройства, а также блок компенсации, состоящий из первого транзистора и двух резисторов, .причем кол.лекторный переход транзистора включеу параллельно резистору смещения, а эмиттерный - параллельно первому резистору, соединенному с источником питания через резистор Цель изобретения - снижение тем.пературной погрешности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для выделения абсолютного значения напряжения переменного тока, содержащее ОУ, инвертирующий вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертирующий - с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертирующим входом через две параллельные цепи ООС, первая из которых состоит из последовательно включенных диода и резистора, а вторая - из последовательно включенных резистора смещения, диода и резистора, сумматор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй - с катодом диода второй цепи ООС, а выход - с выходной клеммой устройства, а также блок компенсации, содержащий первый транзистор и два резистора, выход блока компенсации подключен к аноду диода второй цепи ООС, в блок компенсации введены два термокомпенсирующих диода, которые соединены согласно последовательно, дополнительный ОУ и блок токового зеркала, состоящий из второго и третьего транзисторов и двух резисторов, причем инвертирующий вход дополнительного ОУ через резистор соединен с источником постоянного напряжения, неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, а выход с базой первого транзистора, эмиттер которого соединен с резистором, который подключен к шине нулевого потенциала, и через два последовательно согласно включенных терМокомпенсирующих диода - с инвертирующим входом дополнительного ОУ, а коллектор - с входом блока токового зеркала, который соединен с коллектором второго транзистора и базами второго и третьего транзисторов, в эмиттеры которых включены резисторы, соединенные с источником питания. На чертеже представлена принципи-, альная схема устройства. Устройство содержит операционный усилитель 1, инвертирукйций вход которого через резистор 2 соединен с входной клеммой 3 устройства, неинвертирующий - с шиной нулевого потенциала, а выход соединен с инвертируннцим входом ОУ через две параллельные цепи ООС, первая из которых состоит из последовательно включенных диода 4 и резистора 5, а вторая - из последовательно включенных резистора б смещения, диода 7 и резистора 8, причем диоды 4 и 7 включены в противоположных направлениях, сумматор 9, первый вход которого соединен с входной клеммой 3, второй - с катодом диода 7, а выход - с выходной клеммой 10 устройства, блок 11 компенсации, состоящий из дополнительного ОУ 12, инвертирующий вход которого через резистор 13 соединен с источником 14 постоянного напряжения, неинвертирующий вход соединен с шиной ну левого потенциала, а выход - с базой первого транзистора 15, эмиттер ко-. торого через тор 16 соединен с шиной нулевого потенциала и через последовательно согласно включенные диоды 17 и 18 - с инвертирующим входом дополнительного ОУ 12, а коллектор - с входом блоха 19 токового зеркала, выход которого подключен к аноду диода 7 второй цепи ООС операционного усилителя 1. Блок токового зеркала состоит из второго и третьего .транзисторов 20 и 21 соответственно, в эмиттеры которых включены соответственно резисторы 22 к 23, подключенные к источнику питания, причем базы транзисторов 20 и 21 соединены друг с другом, а база транзистора 20 соединена также ,с его коллектором. Вход блока 19 токового зеркала соединен с кол-, лектором транзистора 20, а выход с коллектором транзистора 21. Для нормального функционирования устройства необходимо, чтобы коэффи циент передачи сумматора по второму его входу был вдвое больше, чем по первому. Сопротивления резисторов 2,5 и 8 могут быть выбраны, в частности, равными друг.другу. Устройство работает следующим образом. Рассмотрим вначале работу устройства с выключенным блоком 11 компенсации, приняв с этой целью величину сопротивления резистора 6 равной нулю. При положительном напряжении на входной клемме 3 диод 7 заперт, а диод 4 открыт, следовательно, ток протекает по резистору 5 и напряжение на втором входе сумматора 9 равно нулю, К его первому входу приложено входное напряжение устройства, поэтому напряжение на выходной клемме 10 равно напряжению на его вход.ной клемме 3. При отрицательном вход ном напряжении устройства диод 7 открыт, а диод 4 заперт, следователь но, величина напряжения на втором входе сумматора равна величине входного напряжения, взятой с обратным знаком, умноженной на отношение сопротивлений резисторов 8 и 2. Таким образом, к первому входу сумматора приложено отрицательное входное нап ряжение, а к второму при равенстве 2 и 8 - положительное. А поскольку усиление сумматора по второму входу вдвое больше, чем по первому, то на его выходе действует йоложительное (инвертированное входное) напряжение Выходное напряжение устройства при идеальных элементах равно абсолютней величине входного напряжения, т.е. устройство работает по принципу двухполупериодного выпрямления. При реальных диодах с нулевым падением напряжения, зависящим от температуры, появляется температурная погрешность устройства, оссэбенно заметная в диапазоне малых входных сигналов. С целью снижения температ рной погрешности напряжение смещения диодов 4 и 7 задается с помощью резистора 6 смещения и блока 11 компенсации, являющейся генератором тока, величина которого пропорциональна падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18. Ток через эти диоды определяется величинами напряжения источника 14 постоянного тока и напряжения резистора 13. Этот ток создает на диодах 17 и 18 падение напряжения, которое при большом коэффициенте усиления ОУ 12 и достаточно малых его входных токах равно падению напряжения на резисторе 16 в цепи эмиттера первого транзистора 15. Следовательно, коллекторный ток транзистора 15 пропорционален падению напряжения на резисторе 16, т.е. падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18. Коллекторный ток транзистора 15 поступает на вход блока 19 токового зеркала. При равенстве сопротивлений резисторов 22 и 23 и идентичных транзисторах 20 и 21 выходной ток блока токового зеркала повторяет входной, т.е. коллекторный ток транзистора 21 равен коллекторному току транзистора 15. Следовательно, при равенстве сопротивлений резисторов 6 и 16 напряжение на резисторе 6 - напряжение смещения, для диодов 7 и 4 равно падению напряжения на термокомпенсирующих диодах 17 и 18. Таким образом, если диоды 4,7, 17 и 18 выбраны идентичными и находятся в одинаковых внешних условиях (например, диодная матрица), то температурные изменения напряжения включения диодОв 7 и 4 компенсируются такими же изменениями падейия напряжения на термокомпенсируннцих диодах 17 и 18. Действительно, при увеличении температуры окружающей среды напряжение включения диодов 4 и 7 уменьшается. На такую же величину уменьшается падение напряжения на термокомпен сирующих диодах 17 и 18, что вызывает уменьшение коллекторного тока транзистора 15. Поскольку выходной ток блока 19 токового зеркала повторяет коллекторный ток транзистора 15, то он также уменьшается, вызывая уменьшение напряжения на резисторе 6 смещения, т.е. напряжения смещения диодов 4 и 7. Следовательно,

изменение напряжения смещения на резясторе 6 отслеживает температурную зависимость напряжения включения диодов 4 и 7.

Применение блока 11 компенсации с токовым выходом, имеющим высокое выходное сопротивление, практически tfe/снижает нагрузочной способности сшерадионного усилителя 1.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает по сравнению с прототипом меньшей температурной погрешностью .

Кроме того, компенсация температурного дрейфа выходного напряжения в предлагаемом устройстве вьдие, чем в прототипе.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащее операционный усилитель, 9нвертирук й вход которого через резистор соединен с входной клеммой устройства, неинвертйрукяций - с шиной нулевого потанци- ала, а выход - с инввртируювот входом через две параллелыше цели отрицательной обратной связи, первая из которых состоит из последовательно включенных диода и резистора, а вторая - из последовательир включенных резистора смещения, диода и резистора, cs MMaTop, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй - с катодсш диода второй цепи отрицательной обратной связи, а выход - с выходной клеммой. устройства, а также блок компенсации, содержащий первый транзистор и два резистора, выход блока кшшенсации подключен к аноду диода второй цепи, отрицательной обратной связи, о тличающееся тем, что, с целью снижения телшературвой погрешностн устройства, в блок кбмпеясадии введвни два термокомпёвсирующих Диода, которые соединены согласно последовательно, дополнительный операционный усилитель я блок токового зеркала f состоящий из второго и третьего транзисторов и двух резисторов, причш4 инвертирунлций вход, дополйительного операциониого усилителя через резистор соединен источником д постоянного напряжения, неинвертирую (Л щйй вход соедийен с пшной нулевого потенциала, а выход - с базой первос го транзистора, эмиттер которого сое яинен с резистором, который подключен к шине нулевого потенциала,, и через два последовательно согласно вклйгаенных термокомпенсирующих диода - с инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя, а эо 4 55 ЭО коллектор - с входе блока токового зеркала, соединен с коллектором второго транзистора и базами второго и третьего трайзисторов, в 9№1ттеры KOTojaiix реэистоjaj, соединенные с источниксл питания. СО