Измерительный преобразователь активной мощности Советский патент 1986 года по МПК G01R21/00 

Изобретение.относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнике и гидроакустике для измерения активной мощности в диапазоне звуковых, ультразвуковых и радиочастот.

Целью изобретения является уменьшение погрешности преобразования в ошроком диапазоне значений входных напряжений.

На чертеже приведена схема устройства .

Измерительный преобразователь активной мощности содержит первьй поле вой транзистор 1, первый делитель 2 напряжения, преобразователь 3 напряжение - ток, фильтр 4 нижних частот и первьй аналоговый сумматор 5, второй полевой транзистор б, второй делитель 7 напряжения, дифференциаль- ньй усилитель 8, второй аналоговьй сумматор 9, блок 10 постоянного тока конденсатор 11 и блок 12 напряжения смещения, причем вход первого делителя 2 напряжения, соединенный с первым входом устройства, соединен с входом преобразователя 3 напряжение - ток, выход которого соединен со стоком первого полевого транзистора 1 и входом фильтра 4 нилсних .частот, выход ко торого соединен с выходом устройства, второй вход устройства соединен с входом второго де лителя 7 напряжения, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя 8,, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго аналоговых сумматоров 5 и 9, выходы которых соединены с затворами соответственно первого и второго полевых транзисторов 1 и 6, выход первого делителя 2 напряжения соединен с .первым входом.первого ана логового сумматора 5, выход блока 12 напряжения смещения соединен с треть им и первым входами соответственно первого и второго аналоговых сумматоров 5 и 9, второй вход дифференциального усилителя 8 соединен через конденсатор 11 с первым выходом блока 10 постоянного тока и стоком второго полевого транзистора 6, второй выход блока 10 постоянного тока к истоки обоих полевы транзисторов 1 и 6 соединены с общей шиной.

Первый полевой транзистор 1 используется для получения приращений сопротивления, пропорциональных мгно

венным значением второго входного напряжения преобразователя.

Первый делитель 2 напряжения обеспечивает получение напряжения, значе5 ния которого приблизительно равны половине значений составляющей напряжения исток - сток первого полевого транзистора, пропорциональной значениям первого входного напряжения пре10 образователя. Это необходимо для того, чтобы выходное напряжение было равно нулю при нулевом значении второго входного напряжения.

.Преобразователь 3 напряжение 15 ток преобразует первое входное напряжение в пропорциональный ему ток, протекающий через канал первого полевого транзистора 1; фильтр 4 нижних частот выделяет среднее зна20 чение составляющей напряжения исток - сток полевого тр1анзистора 1 , пропорциональный произведению входных напряжений преобразователя, и подавление других составляющих напряжения

5 исток - сток.

Первый аналоговый сумматор 5 обеспечивает с.пожение напряжения смещения полевого транзистора 1, выходного напряжения первого делителя 2

30 напряжения и напряжения, пропорцио- нального второму входному напряжению преобразователя, поступающему с выхода дифференциального усилителя 8.

J5 Второй полевой транзистор 6, второй делитель 7 напряжения, дифферен- циальньй усилитель 8, второй аналоговый сумматор 9, блок 10 постоянного тока и конденсатор 11 образуют схему,

40 предназначенную для получения управляющего напряжения, пропорциональ- .ного второму входному напряжению преобразователя и поступающего на второй вход первого, аналогового 45 сумматора 5 с выхода дифференциального усилителя 8. Форма этого напряжения такова, что приращения сопротивления канала первого полевого транзистора пропорциональны мгновенным

5Q значениям второго входного напря 1 е- ния преобразователя. Это достигается благодаря тому, что дифференциальньй усилитель 8 охвачен отрицательной обра.тной связью через управляемый

jcj источник напряжения, состоящий из второго.полевого транзистора 6 и блока 10 постоянного тозса. Введение конденсатора 11 предотвращает проникновения на второй вход усилителя о постоянного напряжения.

Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 в любой момент времени имеет такое значение, при котором приращение выходного напряжения управляемого источника напряжения практически равно мгновенному значению выходного напряжения второго делителя 7, Если полевые транзисторы 1 и 6 имеют одинаковые характеристики, приращения сопротивлений их каналов, пропорциональные второму входному напряжению преобразователя, практически равны. Для достижения идентичности характеристик полевых транзисторов они могут быть выполнен на одном кристалле полупроводника по планарной технологии. Для того, чтобы обеспечить близкие по значению напряжения исток - сток полевых транзисторов и близкий тепловой режим этих транзисторов, значение выходного тока блока 10 постоянного тока должно быть близким к половине максимального значения выходного тока преобразователя 3 напряжение - ток,

Измерительный преобразователь работает следующим образом.

Первое входное напряжение Uj поступает на вход преобразователя 3 напряжение - ток, имеющего коэффициент преобразования Kj. Ток, значения которого определяются формулой

yU протекает через канал поле- ого транзистора 1.

Второе входное напряжение UJP измерительного преобразователя через второй делитель 7, имеющий коэффициент передачи Kj, поступает на первый вход дифференциального усилителя 8. В результате действия отрицательной обратной связи, охватывающей этот усилитель, на его второй вход поступает напряжение отрицательной обратной связи

Н

,I,. ,

где 1.4й - выходной ток блока тоянного тока;

10 пос

этом

- приращение сопротивления канала второго полевого транзистора 6.

dR

пропорционально второму входному напряжению измерительного преобразователя.

1205044

В связи с тем, что полевые транзистора 1 и 6 имеют идентичные характеристики, а на их затворы с выходов аналоговых сумматоров 5 и 9 поступают одинаковые управляющие напряжения и напряжения смещения, приращение сопротивления канала первого полевого транзистора I равно

10

м кг

Поэтому напряжение исток - сток первого полевого транзистора 1 содержит составляющую

15

Un ijaR,KjK,

и - Ua

-to

пропорциональную произведению входных напряжений измерительного преоб- разователя. На выходе фильтра 4 нижних частот получают вькодное напряжение измерительного преобразователя

и

бЫХ

и,-ц

2

пропорциональное среднему значению произведения выходных напряжений преобразователя и мощности, пропорциональной этому среднему значению.

Благодаря введению в преобразователь новых элементов значительно уменьщаются погрешности преобразования, связанные с температурными изменениями сопротивления и приращения сопротивления канала первого полевого транзистора, а также с нелинейной зависимостью амплитудных значений приращений сопротивления кана- . ла от амплитудных значений второго- входного напряжения и частотной зависимостью приращений сопротивлес- ний канала.

Формула изобретения

1. Измерительный преобразователь активной мощности, содержащий первый полевой транзистор исток которого подключен к шине нулевого потенциала, первьш делитель напряжения, вход которого соединен с первым вхоом преобразователя, преобразователь напряжение - ток, вход которого соединен с входом первого дели- теля напряжения, а выход - со стоком полевого транзистора, фильтр нижних частот, вход которого подключен к стоку полезого транзистора.

а выход - к выходу преобразователя, и первый аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходог первого делителя напряжения, а выход - с затвором полевого транзис- тора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей преобразования, в него введены второй полевой транзистор, второй делитель напряжения, дифференциаль йый усилитель, второй аналоговый сумматор, блок постоянного тока, конденсатор, блок напряжения смещения, исток второго полевого транзистора подключен к шине нулевого потенциала, вход второго делителя напряжения соединен с вторым входом преобразователя, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом .второго делителя напряжения выход второго аналогового сумматора

соединен с затвором второго полевого транзистора, первый вывод блока постоянного тока соединен с шиной нулевого потенциала, а второй - со стоком второго полевого транзистора, причем второй вход дифференциального усилителя через конденсатор подключен к стоку второго полевого транзистора, а выход дифференциального усилителя - к объединенным вторым входам первого и второго аналоговых сумматоров, выход блока напряжения смещения соединен с третьим и первым входами соответственно первого и второго аналоговых сумматоров .

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что полевые .транзисторы выполнены на одном кристалле полупроводника.