Линейный преобразователь среднеквадратического значения напряжения Советский патент 1988 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для преобразования постоянного или переменного напряжений, а также их Суммы в постоянное напряжение по уровню среднеквадратического значения.

Цель изобретения - упрощение устройства за счет исключения части полевых транзисторов.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит два квад ратора, выполненные на полевых транзисторах I и Zj усилитель 3 постоянного тока5 ограничитель 4 полярности, резистор 5, конденсатор 6, а также резисторы 7 и 8, Истоки полевых транзисторов 1 и 2 соединены с собственными затворами. Сток транзистора 1 со единен с входной шиной (не показана), исток транзистора .2-е выходной шиной (не показана) и через ограничитель 4 полярности с выходом усилителя 3 постоянного тока. К неинвертирующему входу усилителя 3 постоянного тока подключены исток транзистора 1, сток транзистора 2 и первый вьгеод резистора Sj второй вывод которого подключен к общей шинед а выход усилителя 3 постоянного тока соединен с его инверт1-фующим входом через конденсатор 6. Первый вывод резистора 7 соединен с входной шиной, его второй йывоД подключен к инвертирующему вхо- ду усилителя 3 постоянного тока и к первому выводу резистора В, второй вывод которого соединен с вькодной шиной.

Преобразователь работает следующим образом,

При подаче на входную шину преобразователя измеряемого напряжения Uj через полевой транзистор 1 и резистор 5 протекает тоК;, равньй

I,-()()2.bi, вызывая на резисторе 5 падение напряжения и. В приведенном выражении а и b - константы, связанные с пара метрами полевык транзисторов; GS, - проводимостью канала и - йапря- женйем отсечки полевого транзистора ,/2Uj(,), Пои этом включение полевого транзистора t таково, что знак квадратичной составляющей тока -I положителенв

В это же время через резистор 7 протекает токв равньй

5

I,()/R,.

Соответственно, ток 1, протекаю-, щий через полевой транзистор 2 и ре- зистор 5, вызванньй выходным напряжением той же полярности, равен

(U6,,-U)a,-(Ug,,-U)ba.

При этом полевой транзистор 2 включен так, что квадратичная состав- 0 ляющая тока 1 имеет знак, противоположный квадратичной составляющей тока I,. В свою очередь, ток Ig, протекающий через резистор 8, равен

(и-Убых)/Кк.

Таким образом, на неинвертирующем входе усилителя 3 постоянного тока образуется напряжение за счет протекания токов II и IJ через резистор 5, равное ()R а на его инвертирующем входе образуется такое же напряжение, но за счет протекания токов 17 и Ig через резисторы 7 и 8, равное

Эти напряжения вычитаются одно из другого усилителем 3, а разность их усиливается в К раз, где Kj - коэффициент передачи разомкнутого усилителя 3. Благодаря наличию конденсато-,

ра 6 через ограничитель 4 полярности на выходную шину преобразователя поступает среднее значение усиленной разности напряжений, действующих на входах усилителя 3, Ограничитель А полярности необходим для предотвращения самовозбуждения преобразователя, так как знак квадратичной составляющей тока 1 полевого транзистора 2 инвариантен к полярности напряжения

0

5

0

5

Пщ, , и если линейная и квадратичная составляющие тока 1 одного знака, то образуется нежелательная положительная обратная связь. Таким образом, выходное напряжение преобразователя описьгеается выражением

и«ь.х C(ii+i,)R5-(7R7-isR8)-K3

где черта означает усреднение.

Подставим в последнее выражение уравнения для токов I,I,I, Ig с учетом того, что параметры полевых транзисторов, выполненных на одной подпожке-, по одной технологии и рабо- такшщх в одинаковых условиях, иденг

, а

55 также, что , получим

и;;;; (,+i уът сйГ-и|,х -2U(U,-U,,,).R.Kj,

откуда следует, что

Так как коэффициент передачи Kj 5 разомкнуто1 о усилетеля 3 имеет значение большее 10 , а G, - отношение тока насыщения 1, к напряжению отсечки Uj полевого транзистора: /Uje и Ом, т.е. RGp/Uj rl, S7D«0,10

можно считать, что ,0 с погрешностью не более 0,001%. Тогда выходное напряжение преобразователя рав«о U,

и

СК5

Т.е. среднеквадра- 5

тическому значению U . входного напряжения и.

Таким образом, если в прототипе для получения той же точности преобра2о зования используется мостовое включение полевых транзисторов, обеспечивающее компенсацию линейных составляющих протеканщих через них токов, то в предлагаемом преобразователе указан- 25 нал компенсация достигается при вдвое меньшем числе полевых транзисторов, что позволяет упростить преобразователь. При этом дополнительно исключается необходимость подбора пар тран- п зисторов, упрощается процесс настройки преобразователя.

Формула изобретения

Линейный преобразователь средне- квадратического значения напряжения, содержащий два квадратора, выполненные на полевых транзисторах, истоки которых соединены с затворами, сток первого полевого транзистора соединен с входной шиной-, исток второго соединен с выходной шиной и одновременно через ограничитель полярности подключен к выходу усилителя постоянного тока, к неинвертирующему входу которого подключены исток первого полевого транзистора, стод второго полевого транзистора и первый вывод первого резисторд, второй вывод которого присоединен с общей шине, а выход усилителя постоянного тока через конденсатор соединен с его инвертирующим входом, о т л иг чающийся тем, что, с целью упрощения линейного преобразователя, дополнительно введены второй и третий резисторы, причем первьй вывод второго резистора присоединен к входной шине, его второй вывод подключен к инвертирующему входу усилителя постоянного тока и одновременно соединен с первым выводом третьего резис- тора, втор ой вывод которого подключен к выходной шине.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для преобразования постоянного или переменного напряжения в постоянное. Цель изобретения упрощение устройства за счет исключения двух полевых транзисторов. Преобразователь содеряа1т квадраторы, выполненные на полевых транзисторах 1, 2, усилитель 3 постоянного тока, ограничитель 4 полярности, резисторы 5, 7 и 8 и конденсатор 6. В устройстве для получения заданной точности преобразования обеспечивается компенсация линей ньк составляющих, протекаюпшх через полевые транзисторы 1 и 2 токов. При этом используется только два полевых транзистора. Дополнительно исключается необходимость подбора пар полевых транзисторов, что упрощает процесс настройки преобразователя. 1 ил. (О iMii. ( КУ 00