Квадратичный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/20 

1

Изобретение относится к гшалогово вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении в измерителях среднеквадратичных значений .периодических напряжениГ) или токов с нулевыми средними знaчeIп ями

Цель изобретения - повьпнение точности за счет уменьшения погрешности преобразования сигналов с нулевым средним значением.

На чертеже представлена функциональная схема квадратичного преобразователя .

Квадратичный преобразователь содержит два диода 1 и 2, масштабный резистор 3, разделительный конденсатор А, интегратор 5, модулятор 6, усилтель 7, элемент 8 выборки-хранения, два источника 9 и 10 опорного тока и блок 11 синхрониза ;ии,

Преобразователь работает следующи образом.

Зависимость величины тока, проте- кадощего через диод, от величины приложенного к нему напряжения с достаточной малой погрешностью определяется уравнением

,, , (х-1) (х-1) (х-1) и, cf(x-1)2 +-3- --Т-+

cfJ-i- -1 Т

21, 31, А 1„ J

Если два одинаковых диода соединены последователы о одноименными выводами, а в каж/дом из них протекает постоянный ток, значение которого равно I.. , и переменный ток i,

I n пары диодов, связанное

напряжение с протекающим через них переменным током i, определяется выражением

-Н.Ф

„,+.

Выражение не содержит членов с четными степенями отношения i/x , поэтому при одинаковых форме и амплитуде полупериодов тока i средпее зна- чегше напряжения пары диодов . Это говорит о том, что вьшрямление у диодов отсутствует. Дифференциальное сопротивление последовательного соединения диодов в данном преобразователе при /i| с малой погрешностью может быть получено из выражения

dUn

di

2г

1 1( 1), где 1д - ток насыщения;

и - напряжение на диоде;

КТ..

.f -- - температурный потенциал.

При прямых напряжениях на диоде, в десять и более раз превыщающих значение tf, справедливо следующее выражение для напряжения на диоде:

и - .

i rt

Если че)ез диод 1 протекает посто- 15 янный ток I и переменный ток i, значение сэставляющей напряжения на диоде, связанное с переменным током i, может быть получено из уравнения

20 u tf lnbtl.,in(l + i-)

о

Ср In X.

Для тех случаев, когда мгновенные значения (i/ «il,, 1 r х 2 и справедливо разложение напряжения в следующий степенной ряд:

Обозначают коэффициенты передачи 35 (преобразования) напряжения модулятора 6, интегратора 5, усилителя 7 и элемента 8 выборки хранения соответственно Kg, Kj, К и Kg.

При синусоидальном напряжении пре- 0 образователя Ч U sincjt выходное напряжение модулятора 6 на интервалах времени действия формируемых им радиоимпульсов равно U, К, U sincot.

О Ь Л

Переменный ток, протекающий в 45 этом случае через диоды 1 и 2, равен

К,

,

и sinut,

М

где R - сопротивление масштабного 50 резистора 3.

Если пренебречь в выражении для напряжения U членами со степенями отношений токов вьш1е четвертой, подставив это выражение в выражение для протекающего через диоды перемен55

ного тока, получают следующую формулу для составляющей напряжения диода 1, связанного с током

и -.iFKeU.sinc.t- 1 .

f iiTnv J ,

1 I i UMsinut I 1„(К„+2г/

2 К и„ si not 4 ln(Rp+2r

Среднее значение этой составляющей

т

D, 1( u,dt -cf 1

K,UM

n ц

(Р 1.

,(Нр+2гд)

где Т - период синусоидального

Q

входного напряжения Ug|.

при .0,1 яторь,м

членом этого шлраженпя можно прсШ П- речь с погрешностью, не ripepbiiiiaKJinffi 0,5%. Тогда выходное напряжение преобразователя

1(U,J

BV i. - -j , пропорционально квадрату амгиип уд- ного значения U входного сигнала L- преобразователя.

Во время паузы между стробимпуль- сами, формируемьми блоком 1I синхронизации и поступающими на вход управления г-юдулятора 6 входных сигнапов преобразователя, значение ко эф(|)ипиен та преобразования модулятора 6 практически равно нулю и напряжение (переменное) на его выходе отсутствует, При этом переменный ток, пропорциональный входному сигналу преобразователя, через диоды 1 и 2 не протекает, а протекает постоянный ток 1р. На выходе элемента выборки хранения присутствует напряжение, пропорпио- нальное среднему квадрату значений входного сигнала преобразователя на интервале действия на входе управления модулятора 6 предыдущего строб- импульса .

На интервале действия на управляющем входе модулятора 6 любого из стробимпульсов, поступающих с выхода блока 11 синхронизации, величина коэффициента передачи модулятора 6 имеет постоянное значение, равное К. При этом через диоды 1 и 2 протекает постоянный ток If, и переменный ток i, пропорциональный входному сигналу преобразователя, на диоде 1 действует составляющая напряжения, связанная с протеканием переменного тока, среднее значение которой неo

5

0

5

0

5

0

5

0

5

равно нул|(1 и npoiiiipiuKMia:ii.n срелне- му квадрату вхо/ики о (Ч1 гнала преобра- зорателя. Интегратор 5 вьителяет сред- н.( значение квадратичной С(н таплян1- шеГ напряжения ди(1да 1 , кс торпе на интервале времени действия на входе управления модулятора 6 стробимпуль- са имеет форму прямоугольногст импульса, ecjnt на интервапе времени действия стробимпульса среднеква/. ра- тичное значение входного сигнала остается неизменным, В конце времени де1 1гтг1ия на упрал:1як1шем входе модулятора fi с тробимпу.чьса б:к1К синхро- « ичации выдает короткий импульс яы- б(рки, пост т1ающий на вход управления элемента 8 выбстрки-хранения, пе- )еводя1ДИ11 го в режим В1,1борки. Во время выборки запоминается значение амплитуды импульса выходного напряжения уси:пгтеля 7, пропорпиопальное сре/ик му квад)5,-|ту входногч сигнала преобразователя на инте1)вале действия стробимпульса, которое кранитог до елед,ую|цего перехода 1)ежим выборки ,

Применение в преобразователе пио- до11 1 1отки, обладающих ма.чоГ инерционностью установления прямого напряжения, обеспечивает возможность тижепия малой частотн й погрешности преобразования в диапазоне частот до 1 Г Гп и более.

В данном преобразователе источники 9 и 10 опорного тока имеют BI.ICO- кие В1,гходные conpoi ив.1;е1П1я, значение В1 |ходного тока первого 9 ич них в два раза больше, чем 3Ba4f HHe выхс1Д- ного тока второго 10, а направления выходных токов ИСТС1ЧНИКПВ nil отношению к тине нулевого нотенциа.ча противоположны.

Форм у л а и 3 о б р е т е в и я

Квадратичный преобразователь, содержащий усилитель, два источника опорного тока, соединенные первыми выводами с шиной нулевого потенциала, а вторыми выводами подключенных соответственно к объединенным одноименным выводам первого и второго дис |Д 1в и свободному выводу второго диодз, свободн1 1й врз1вод первого дио;1а подключен к DiHHe нулевог о потен(П1ала, отличающийся тем, чт(1, с целью повышения точности за счет уменьщения погрешности преобразовання сигналов с нулевым средним значением, в него введен модулятор,масштабный резистор, разделительный конденсатор, блок синхронизации,интегратор и элемент выборки-хранения, выход которого является выходом преобразователя, а информационный и управляющий входы элемента выборки- хранения подключены соответственно к выходу усилителя и первому выходу блока синхронизации, соединенного

вторым выходом с управляющим входом модулятора, соединенного информационным входом с информационным входом преобразователя, а выходом через последовательно соединенные масштабный резистор и разделительный конденсатор подключенного к свободному выводу второго диода, общий вывод первого и второго диодов подключен к информационному входу интегратора,соединенного выходом с входом усилителя.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении в измерителях среднеквадратичных значений периодических напряжений или токов с нулевыми средними значениями. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения погрешности преобразования сигналов с нулевыми средними значениями.Поставленная цель достигается за счет введения модулятора, масштабного резистора, разделительного конденсатора, блока синхронизации, интегратора и элемента выборки-хранения с соответствующими связями. Применение диодов Шотки обеспечивает возможность малой частотной погрешности в диапазоне частот до 1 ГГц и более. Источники опорного тока имеют высокие выходные сопротивления, значение выходного тока первого из них в два раза больше, чем значение выходного тока второго, а направления выходных токов источников по отношению к шине нулевого потенциала противоположны. 1 ил. i С/:

Редактор Н. Рогулич

Составитель Н. Зайцев Техред Л.Олийнык

Заказ 2867/47 Тираж 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4,

Корректор А. Тяско