Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения Советский патент 1990 года по МПК G01R19/02 

3153

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для использования в аналоговых, аналого-цифровых преобразователях и вольтметрах переменного напряжения по уровню среднеквадратического зна. чения с линейной передаточной характеристикой и является усовершенствованием устройства по авт.св.№ 945815.

Целью изобретения является повышение быстродействия в широком частотном диапазоне преобразуемых напряжений.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, иплюстрирующие его работу.

Устройство содержит четыре безынерционных квадратора 1 - 4, выполненные, .например, на полевых транзис- торах. Входы квадраторов 1 и 2 соединены с входной шиной устройства, входы квадраторов 3 и 4 - с выходной шиной, выходы квадраторои 2 и 4 чррез инвертирующий повторитель 5 то- ка соединены с входом интегрирующего усилителя 6 постоянного тока, вход которого соединен также с выходами квадраторов 1 и 3, а выход через ограничитель 7 полярности - с выход- ной шиной устройства. К выходной шине подключены последовательно соединенные блок 8 дифференцирования и усилитель-ограничитель 9, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков 10 и 11 сравнения, вторые входы которых соединены соответственно с источниками положительного Е, и отрицательного Е порогового напряжения. Выходы блоков 10 и 11 через логический блок 12 соединены с управляющим входом переклю- чателя 13, первый сигнальный вход которого соединен с входом усилителя 6, второй сигнальный вход - с об- щей шиной, а выход череч дополнительный конденсатор 14 - с выходом усилителя 6,

Преобразователь работает следующим образом,

Поскольку в преобразователе используются безынерционные квадраторы, время установления переходного процесса определяется постоянной времени интегрирования интегрирующего усилителя 6 постоянного тока. Поэтому при скачкообразном изменении входного напряжения переходной процесс на выхоQ

з

0 5 п

0

де преобразователя всегда явпяется апериодическим.

В установившемся режиме напряжения U. (фиг,26) на выходе блока 8 дифференцирования и напряжение V (фиг,2в) на выходе усилителя-ограничителя 9 равны нулю, Выходные сигналы блоков 10 и 11 сравнения таковы, что выходной сигнал логического блока 12 удерживает переключатель 13 в положении I. При этом постоянная времени интегрирующего усилителя 6 равна Јг RCC C2), где R и С, - сопротивление и емкость элементов в цепи обратной связи усилителя 6; С2 емкость конденсатора 14. Значение постоянной времени Јг выбирается из условия получения на выходе преобразователя допустимого значения пульсаций с частотой, равной удвоенной частоте преобразуемых напряжений.

Если в момент t, входное напряжение скачкообразно увеличивается, выходное напряжение Uйых(фиг.2а) преобразователя начинает увеличиваться, изменяясь по экспоненциальному закону, определяемому постоянной времени Ј2 (штриховая линия на фиг.2а). Напряжения Ug и Ug при этом также начинают изменяться, и в момент t2, когда напряжение превышает порог срабатывания (E + &w), где А о - половина напряжения гистерезиса) блока 10, сигнал на его выходе и,0(фиг.2г) скачкообразно изменяется и через блок 12 (фиг,2е) переводит переключатель 13 в положение II. В результате конденсатор 14 отключается от цепи обратной связи усилителя 6 и, начиная с момента t,

изменение напряжения U.,,„ ОПреДеЛЯеТ- ОО

ся постоянной времени Ј, RC.Если С{ с С, то переходной процесс на выходе интегрирующего усилителя 6, а значит, и на выходе преобразователя протекает быстрее. Несмотря на то, что конденсатор 14 подключен к выходу интегрирующего усилителя 6, его влияние на скорость переходного процесса пренебрежимо мала, постоянная времени 0 заряда конденсатора Сг равна

55

е R

вых

где Rgb()( выходное сопротивчение интегрирующего усилителя 6,

Ввиду малости сопротивления R

вы

постоянной 0 можно пренебречь.

Напряжение Ug, представляющее собой результат дифференцирования экспоненциально изменяющегося напряжения ивш ,имеет форму двухэкспоненци- альнрго импульса. Поэтому, когда напряжение приближается к установившемуся значению и скорость его изменения уменьшается, напряжение Ug также

нию), и в момент t нови (Е,- Д

абсолютному значе- напряжение U, становится

и Сг заряжены до одного и

тора С

того же напряжения (инвертирующий вход интегрирующего усилителя 6 имеет нулевой потенциал), то включение конденсатора С в цепь обратной связи интегрирующего усилителя 6 не вызывает перераспределения напряжений между конденсаторами С и С4, т.е. не вызывает нежелательного переходного процесса.

Начиная с момента t3 переходной процесс на выходе преобразователя протекает со скоростью, определяемой постоянной Ј-Ј R(C + C) интегрирующего усилителя 6.

Аналогично протекает процесс и в том случае, если в момент t4 входное напряжение Uflv скачкообразно уменьшается. Отличие состоит лишь в том, что при этом перевод переключателя 13 из положения I в положение II и обратно происходит за счет срабатывания блока 11 (фиг.2д) в моменты ts и t, перехода напряжения

U9 через уровни - (Ег+Дм) и - (Et-il(), где Д,( - половина напряжения гистерезиса блока 11.

Таким образом, в преобразователе время установления переходного проуменьшается (по

:г , когда

меньше порога срабатывания (Е,- Д |0 ) блока 10, последний вновь переходит в исходное состояние и через блок 12 вновь переводит переключатель 13 в положение I. Поскольку в момент tj оба конденса

й

10

15

20

25

30

35

40

45

цесса может быть значительно уменьшено без увеличения нижней частоты преобразуемых напряжений, т.е. без сужения частотного диапазона, поскольку уровень пульсаций на выходе преобразователя в установившемся режиме определяется постоянной времени Ј.Ј интегрирующего усилителя 6, а длительность переходного процесса определяется, в основном, постоянной времени Ј, .

Формула изобретения

Линейный преобразователь средне- квадратического значения переменного напряжения по авт.св. № 945815, о т- личающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком частотном диапазоне преобразуемых напряжений, в него дополнительно введены блок дифференцирования, усилитель-ограничитель, два блока сравнения, источники положительного и отрицательного пороговых напряжений, логический блок, переключатель и дополнительный конденсатор, причем вход блока дифференцирования подключен к выходной шине, а выход - к iiep- вым входам первого и второго блоков сравнения через усилитель-ограничив тель, второй вход первого блока сравнения соединен с источником положительного порогового напряжения, а выход - с первым входом логического блока, второй вход второго блока сравнения соединен с источником отрицательного порогового напряжения, а выход - с вторым входом логического блока, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, первый сигнальный вход переключателя подключен к входу усилителя постоянного тока, второй сигнальный вход - к общей шине, а выход - к выходу усилителя постоянного тока через дополнительный конденсатор.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых, аналого-цифровых преобразователях и вольтметрах переменного напряжения. Цель изобретения - повышение быстродействия в широком частотном диапазоне преобразуемых напряжений. Преобразователь содержит квадраторы 1,2,3,4, инвертирующий повторитель 5 тока, интегрирующий усилитель 6 постоянного тока, ограничитель 7 полярности. Введение блока 8 дифференцирования, усилителя-ограничителя 9, блоков 10, 11 сравнения, логического блока 12, переключателя 13 и конденсатора 14 позволяет повысить быстродействие преобразователя примерно на порядок. 2 ил.

И

д

и

е

i

-9