Устройство для моделирования нелинейных индуктивностей Советский патент 1984 года по МПК G06G7/62 

Изобретегше относится к аналоговой вьмислительной технике.

Известно устройство для мод&лирования двут полгосникоВэ содержащее первый и второй дифферендаальные операционные усилители и масштабные резисторы, которое осуществляет инвертирование знака нелинейного сопротивления,, подключенного к iief-jy в качестве нагрузки, а также изменяет его величину 1 ,

Недостатком этого устройства является то, что оно осуществляет только частотно независимое преобразование характеристик двухполюсников.

Наиболее близким техническим решением к изобретештю является устройство для модулирования нелинейных индуктивностей, содержащее дифференциальныз усилитель напряжения; первьц усилитель напряжения, второй усилитель напряжения, между входом и выходом которого включены параллельно nepBfjm резистор обратной связи и конденсатор обратной связи, второй и третий резисторы обратной связи, три входных резистора, три масштабных ре31 стора и входной конденсатор,, вкгпоченный между входом второго усилителя напряжения и нзшевого потенциала, второй и третий резисторы об-ратьгой связи включены соответственно между входом и выходом первого усилителя напряжения и мелэду неинвертирующим входом и вькодон диффер-енциаль-ного усилителя напряжеьия, первый, второй и третий входные резисторы сое динены одним выводом со входом первого уси.лите-ля напряжения, которьм является входом устройства, а другим выводом соединень соответстпеино с выходом дифференциального усилителя напряжения, с выходом второго усилителя напряжения, первый, второй и третий масштабнЕле резисторы соединены одним выводом с вьгходом второго усилителя напряжения, а другим выводом подключены соответственно к выходу первого усилителя напрял ения к к не1-гнБертируюп(ему входу дифференциального усилителя напряжения, который является выходом устройства и к шине нулевого потенциала, а инвертир-утощий вход диф.Ьеренциального усилителя наггряжения соединен с выходом второго усилителя напря «ения .

Данное устройство позволяет иг-датировать только заземленные ивдукттг-пвнести. Однако м огие устройств,,- могут

быть реализованы только с помощьго незаземленных (плавающих) реактивпостей. Кроме того, в этом устройстве трудно регулировать масштаб моделируемой нелинейной вебер-амперной характеристики, так как для этой цели необходимо одновременно перестр ивать второй масштабньш резистор и третий резистор обратной связи, причем номиналы этих элементов должны совпадать с высокой точностью, в противном случае, резко уменьшается добротность моделируемой индуктивности.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет возмолспости моделирования изолированньсх: от ши:ны нулевого потенциала нелинейных индуктивностей,

Поставхгенная цель достигается тем, что устройство для моделирования нелинейных индуктивностей, содержащее усилитель напряженияj между выходом и входом которого включен . первый масштабный резистор обратной связи, частотно-зависимый, элемент, выполненньн на конденсаторе, второй и третий масштабные резисторы обратV oй связи, первый, второй, третий, -гетвертьрл и пятый масштабные резисторы и дифференциальный усилитель нав:ряжения., инвертирующий вход которого ягшяется выходом устройства, соде Ж1ГГ первый и второй дополнительные ди(рференцизл:ьные усилители напряжения и регулировочный резистор, которьш включен между выходом дифференциального усилителя напряжения и его неинвертирующим входом, подключенным к .инвертирующему входу второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения и через конденсатор к шине нулевого потенциала, второй и третий масштабные резисторы обратн связи включень соответственно между вькодами и пеинвертирутощими входами первого и второго дополнительных дифференциальных усилителей напряжения, неинвертирующий вход второго дополнительного дифференциального усилителя напрялсения является первым входом устройства и соединен с инвертируюлдам входом первого дополнительного дифференциального усилителя напряжения, подсоединенного неинвертиpyfOrujJM входом к инвертируЕош.ему входу дифференщгального усилите1:я напряжения, выход которого через первый масЕггабный резистор подключен к входу усилителя напряжения, второй масштаб ный резистор включен между входом усилителя напряжения, который являет ся вторым входом устройства и выходом устройства, подсоединенным через пятый масштабный резистор к пшне нулевого потенциала, третий и четверты масштабные резисторы подсоединены одними выводами к выходу усилителя напряжения, а другими - соответственно к выходу второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения и к выходу устройства. На чертеже приведена схема устройства. Оно содержит первый, второй и третий масштабные резисторы 1, 2 и 3 обратной связи, регулировочный резистор 4, первый, второй, третий и четвертый масштабные резисторы 58, первый и второй дополнительные дифференциальные усилители напряжения 9 и 10, (дифференциальный) усилитель напряжения 11, усилитель напряжения 12, (моделирующий) конденсатор 13, пятый масштабный резистор 14. Первый масштабный резистор обратной связи 1 включен между выходом усилителя 12 напряжения и его входом. Второй масштабный резистор обратной связи 2 включен между выходом первого дополнительного дифференциального усилителя 9 напряжения и его неинвертирующим входом. Третий масштабный резистор обратной связи 3 включен между неинвертируюш входом и выходом второго дополнител ного дифференциального усилителя 10 напряжения. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя напряжения 11 является одновременно выходом устройства. Первый и второй масштабные резисторы 5 и 6 соединены одним вьшодом со вторым входом устройства, а вторым выводом - соответственно с выходом дифференциального усилителя напряжения 11 и с выходом устройства. Третий и четвёртый масштабные резисторы 7 и 8 соединены одним вьшодом с выходом усилителя напряжения 12, а вторым - соответст венно с выходом второго дополнитель ного дифференциального усилителя 1-0 и с выходом устройства. Инвертирующий вход второго дополнительного диф ференциального усилителя напряжения 10 соединен с неинвертирутащим входом дифференциального усилителя напрлже 4 . Регулировочньп резистор 4 и ир попа-тй конденсатор 13 подклюодним выводом к инвертирующему диф41еренциального усилителя жения 10, а вторым - соответстк вькоду дифференциального теля напряжения 11 и к шине нуо потенциала. Вькодной масштабезистор 14 включен между выходом йства и шиной нулевого потен. тройство работает следующим об. ки через входные и выходной заможно определить из соотношений GjCl-Kj) + СзКЛ G,(1-K)+G,,+ (-G- + K,G K,G V,-(G - G,(1-K,)+Gj +Gg+GJV ,V2,V3 соответственно выходные и входные напряжения;напряжение на регулировочном резисторе 4; jG,, ,G.j проводимости первого, второго и третьего мае штабных резисторов обратной связи 1, 2 и 3; - проводимость регулировочного резистора 4; GJ - проводимости первого и второго входных масштабных резисторов 5, 6; GO - проводимости третьего и четвертого масштабных резисторов 7, 8; G 3„ - проводимость пятого масштабного резистора 14; коэ(Ьфициент усиления jK2,K.j первого и второго дополнительных дифференциальных усилителей и напряжения 9 п дифференциального усилителя напряжения 11, К - коэффициент усиления усилителя напряже1ГИЯ 11, 12. щетом проводимости нагрузки „ определяется выражением Ij -VjY , 5109 В соответствии с первым законом Кирягофа связь между V иV определягот соотношением ,G,K3V,4SC,(1 - Кз) V, « О, где S - частота вкодного сигнала. Отсюда найдем U4 W -G V (4) VA orjj /-Т jr V 3 f ЬЬ-Ю иВходное сопротивление рассматриваемого устройства относительно первого и второго входных дожно иметь индуктивный характер Z « SYuL, где L - некоторый вещественный коэффициент, Подставляя (4) в (1)-(3)sполучаем 1 .G.(l-K,)v,.(. (5) J ва G (1-K4)-K;.G,,+ Г KjGe-f 4- G4G5K,K4 г Itr. ifAi Cr-LT ( 1 i/ I 3 9 ub-f4j44 I 3/ °J. (- Gg+K GgjVj Gjd-K) + 4 G +G +G +Y Iv .( При вьтолнении ограничений GgCl - К,) О(8а). Q(K)4Gr+G 0(86) 3 е Gjd - К:,) +Gg+Gg4-G О(8в) G (1 - К ) 0(8г) KjG, - Gg О .(8д) , 36 формулы (5) и (7) принимают вид G G К К -, у(9) SC 1 № V- . (10) оО K.G.Vv- (G, - К,С„ )7,+У. (11) з 4 -i э 4 е з w з Положим Сз (12а) KjG GJ+ (126) С учетом этих ограничений из уравне д получаем i tj ,.. -„ ч.. „ /„ ,. -f Н 1 Подставляя последнее выражение в формулу (9), находим, что . 1 ° г scY (V-,-Vj). Из последнего соотношения находим Z«.||L. {,3) Для Toroj чтобы сопротивление Z.,имело индуктивн 1Й характер необходимо чтобы выполнялись семь ограничений-равенств (8а)-(8д) и (12а), (126). Поскольку эти равенства соi А держат 11 независимых переменных, нетрудно подобрать параметры элеменIQ-Q устройства таким образом, чтобы ограничения выполнялись., Из соотноше1шя (II) видно, что масштаб модели русмой вебер-амперной характеристики можно изменять регулировочным резистором 4. Устройство позволяет моделировать незаземленные, так и заземпенные индуктивности. Для имитации последней достаточно соединить первьй или втоторой, вкоды с пгиной нулевого потен1щала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИНДУКТИБНОСТЕЙ, содержащее усилитель напряжения, между выходом и входом которого В1шючен первьй масштабный резистор обратной связи, частотно-зависимьй элемент, выполненньй на конденсаторе, второй и третий масштабные резисторы обратной связи, первьй, второй, третий, четвертый и пятый масштабные резисторы и дифференциальный усилитель напряжения, инвepтиpyюшJ й вход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности моделирования изолированных от шины нулевого потенциала нелинейных индуктивностей, оно содержит первьй и второй дополнительные дифференщ1альные усилители напряжения и регулировочный резистор, которьй включен между выходом диф-ференцнального усилителя напряжения и его неинвертирующим входом, подключенным к инвертирующему входу второго дополнительного дифференциального уси лителя напряжения и через конденсатор - к шине нулевого потенциала, второй и третий масштабные резисторы обратной связи включены соответственно между выходами и неинвертирующими входами первого и второго допол нительных дифференциальных усилителей напряжения, неинвертирующий вход второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения является первым входом устройства и соединен с инвертирующим входом первого дополнительного дифференциального усилителя напряжения, подсоединенного неинвертирующим входом к инвертирующему входу дифференциального усилителя напряжения, выход которого через первьй масштабньй резистор подключен ко входу усилителя напряжения, второй масштабньй резистор CD tC СЛ включен между входом усилителя напряжения, который является вторым входом устройства, и выходом устройСлЭ ства, подключенным через пятьй масО5 штабньй резистор к шине нулевого потенциала, третий и четвертьй масштабные резисторы подсоединены одними вьшодами к выходу усилителя напряжения, а другими - соответственно к выходу второго дополнительного диф-: ференциального усилителя напряжения |и к выходу устройства.