Измерительный преобразователь активной мощности Советский патент 1989 года по МПК G01R21/06 

4

1

4ь

СЛ

сл,

со

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - расширение частотного диапазона при малой потребляемой от источников питания мощности. Введение второго масштабного преобразователя 10 с парафазным выходом и второго делителя 11 напряжения позволяет исключить из измерительного преобразователя активной мошности (ИПАМ) отрицательную обратную связь. Отсутствие отрицательной обратной связи позволяет без дополнительной экранировки узлов ИПАМ расширить частотный диапазон. ИПАМ содержит также первый и второй полевые транзисторы 1 и 2, первый масштабный преобразователь 3 с парафазным выходом, первый аналоговый сумматор 4, первый делитель 5 напряжения, второй аналоговый сумматор 6, источник 7 напряжения смещения, преобразователь 8 ток - напряжение, усредняющий масштабный преобразователь 9 и корректирующий масштабный преобразователь 12. 1 ил.

i J-М

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона при малой потребляемой от источников питания мощности.

На чертеже приведена структурно- функциональная схема измерительного преобразователя активной мощности,

Измерительньй преобразователь активной мощности (ИПАМ) содержит первый 1 и второй 2 полевые транзисторьц первый масштабный преобразователь 3 с парафазным выходом, первый аналоговый сумматор 4,- первый делитель 5 напряжения, второй аналоговый сумматор 6, источник 7 напряжения смещения, преобразователь 8 ток - напряжение, усредняющий масштабный преобразователь 9, второй масштабный преобразователь 10 с парафазным выходом второй делитель 11 напряжения и корректирующий масштабный преобразователь 12, причем вход первого масштабного преобразователя 3 с парафазным выходом является первым входом ИПАМ5 неинвертирующий выход подключен к входу первого делителя 5 напряжения и стоку первого полевого тран- зистора 1, а инвертирующий - к входу второго делителя 11 напряжения и стоку второго полевого транзистора 2, выход первого делителя 5 напряжения подключен к первому входу первого аналогового сумматора 4, выход источника 7 напряжения смещения подключен к второму входу первого 4 и первому входу второго 6 аналоговых сумматоров, вход второго масштабного преобразователя 10 с парафазным выходок является вторым входом ИПАМ, неинвертирующий выход подключен к третьему входу первого аналогового сумматора 4, а инвертирующий выход - к второму входу второго аналогового сумматора 6, к третьему входу которого подключен выход второго делителя 11 напряжения, выходы первого 4 и второго 6 аналоговых сумматоров соединены с затворами первого 1 и второго 2 полевых транзисторов соответственно, истоки которых объединены и через преобразователь 8 ток - напряжение, корректирующий масштабный преобразователь 12 и усредняющий масштабный преобразователь 9 являются выходом ИПАМ.

ИПАМ работает следующим образом.

Первое входное напряжение ИПАМ U1 поступает на вход первого масштабного преобразователя 3 с парафазным выходом s имеющего коэффициенты преобразования для его первого и второго выходов К,,,,, -К,„ . Первое выходное напКзмк К5и ряжение преобразователя 3

и,

к,ии,

0

5

0

5

0

подается на сток первого полевого транзистора 1 и вход первого делителя 5 напряжения, коэффициент передачи которого Ку близок к 0,5. Второе выходное напряжение первого масштаб ного преобразователя 3 с парафазным выходом U эи -Кэи(и, подается на сток второго полевого транзистора 2 и вход, второго делителя 11 напряжения, коэффициент передачи которого Kf1 также близок к 0,5.

Второе входное напряжение ИПАМ U ч поступает на вход второго масштабного преобразователя 10 с парафазным выходом, имеющего коэффициенты преобразования К foH и -К ом . Выходное напряжение этого преобразователя К rtHU7; Uf()H -KrcMUi подаются соответственно на третий вход перво - го 4 и второй вход второго 6 аналоговых сумматоров. На первый вход первого аналогового сумматора 4 и третий вход сумматора 6 поступают соответственно выходные напряжения первого 5 и второго 11 делителей напряжения, которые обеспечивают только получение нулевого среднего зна- 35 чения токов истоков первого 1 и второго 2 полевых транзисторов при нулевом значении второго входного напряжения 11г.

40 Если на затворы первого 1 и второго 2 полевых транзисторов не подавать напряжения с мгновенными значениями, равными половине мгновенных значений напряжений исток - сток, то

45 в результате изменения сопротивления канала, вызываемых напряжениями исток - сток, среднее значение токов истоков при нулевом входном напряжении U г будет пропорционально квад50 рату амплитз дного значения напряжения исток - сток, пропорционального U,.

Проводимости каналов первого 1 5г и второго 2 полевых транзисторов, выполненных на одной подложке и имеющих близкие параметры, с достаточно малой погрешностью определяются выражениями

телями 8, 12, 9 определяетс

лой

G., - GOI K4K iCHU4 ,

G-г G05 70(2 ч К TOWU2 ,

1 г

где G SG - начальные проводимости 5ивых - j KBKtlKgi0dt

10

02

каналов, определяемые напряжением смещения, поступающим от источника 7 напряжения смещения через аналоговые сумматоры 4 и 6;

/, , 2 - коэффициенты зависимостей проводимость канала - напряжение затвора полевых транзисторов 1 и 2}

К4, Kfc - коэффициенты передачи аналоговых сумматоров 4 и 6.

Знак - во втором уравнении свя- 20 зан с отрицательным значением - К,он , Токи истоков полевых транзисторов определяются выходными напряжениями первого масштабного преобразователя 3 с парафазным выходом и проводимос- тями их каналов, которые в сотни раз выше входного сопротивления преобразователя 8 ток - напряжение. Поэтому для этих токов справедливы выражения

1 2 K3K4i К,К9К„К„ 5 U,

1 о

./K3K4 6KgK9K10K)lUrMUivc

Поскольку U1M пропорцион амплитудному значению напря Uмм нагрузки источника сигн - амплитудному значению нагрузки, выходное напряжен будет пропорционально измер мощности

2

р .

25

30

Формула изобре

Измерительный преобразов тивной мощности, содержащий и второй полевые транзистор масштабный преобразователь ным выходом, вход которого первым входом измерительног разователя активной мощност аналоговый сумматор, выход подключен к затвору первого транзистора, первый делител жения, выход которого соеди вым входом первого аналогов матора, а вход - с неинверт выходом первого масштабного зователя и стоком первого по транзистора, второй аналогов матор, выход которого подклю затвору второго полевого-тра ра, источник напряжения смещ ход которого соединен с втор первого и первым входом втор логовых сумматоров, преобраз ток - напряжение, вход котор ключен к истоку первого поле транзистора, и усредняющий м ный преобразователь, выход к является выходом измерительн образователя активной мощнос отличающийся тем с целью расширения частотног зона при малой потребляемой точников питания мощности, в введены второй делитель напр корректирующий масштабный пр ватель и второй масштабный п

ц

U,K3H(G0i+c/, K,K16HU2),

i-H2 ,,« (G 61- о/.; К6К ,ои U,, ) .

ПриКЭн Кзн, , К,,оиа К 4 К6 сумма токов

i-o- iM4+ ini - 2о( K,.

Из этого уравнения следует, что составляющие токов истоков, пропор- циональные только первому входному напряжению, полностью компенсируют друг друга. Реальные полевые транзисторы 1 и 2 при одинаковых значениях напряжения смещения имеют зна- чения G0 и d, отличающиеся друг от друга на несколько процентов, и компенсация будет не полной. Однако связанная с этим пульсация тока 10 не повлияет на работу ИПАМ в связи с использованием усредняющего масштабного преобразователя 9.

При синусоидальных входных напряжениях ИПАМ

U, U;Msinu) t; U г U(tot+ tf)

его выходное напряжение в результате преобразования тока i0 преобразователями 8, 12, 9 определяется формулой

1 2 K3K4i К,К9К„К„ 5 U,U4dt 1 о

./K3K4 6KgK9K10K)lUrMUivcos .

Поскольку U1M пропорционально амплитудному значению напряжения Uмм нагрузки источника сигнала, а - амплитудному значению тока I мм нагрузки, выходное напряжение ИПАМ будет пропорционально измеряемой мощности

2

р .

Формула изобретения

Измерительный преобразователь активной мощности, содержащий первый и второй полевые транзисторы, первый масштабный преобразователь с парафазным выходом, вход которого является первым входом измерительного преобразователя активной мощности, первый аналоговый сумматор, выход которого подключен к затвору первого полевого транзистора, первый делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом первого аналогового сумматора, а вход - с неинвертирующим выходом первого масштабного преобразователя и стоком первого полевого транзистора, второй аналоговый сумматор, выход которого подключен к затвору второго полевого-транзистора, источник напряжения смещения, выход которого соединен с вторым входом первого и первым входом второго аналоговых сумматоров, преобразователь ток - напряжение, вход которого подключен к истоку первого полевого транзистора, и усредняющий масштабный преобразователь, выход которого является выходом измерительного преобразователя активной мощности, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при малой потребляемой от источников питания мощности, в него введены второй делитель напряжения, корректирующий масштабный преобразователь и второй масштабный преобразо,1474559.

JО

ватель с парайазным выходом, вход ко-рующему выходу первого масштабного торого является вторым входом изме-преобразователя и стоку второго поле- рительного преобразователя активнойвого транзистора, вход корректирую- мхэдности, неинвертирующий выход сое-щего масштабного преобразователя соединен с третьим входом первого, а ин-динен с выходом преобразователя ток - вертирующий выход - с вторым входомнапряжение, а выход - с входом усред- второго аналоговых сумматоров, выходняющего масштабного преобразователя, второго делителя напряжения подклю-исток второго полевого транзистора чен к третьему входу второго анало- юподключен к входу преобразователя гового сумматора, а вход - к инверти-ток - напряжение.