Компенсационный способ измерения амплитуды переменного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R19/04 

О5 СО ОЭ J 00 1чЭ

Изобретение относится к технике электроизмерений. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения частотной надежности преобразования амплитуды переменного напряжения в постоянное. Способ реализован в амплитудном детекторе. Входной сигнал через разделительный конденсатор 4 подается на затвор полевого транзистора 1, куда подведен также через резистор 5 сигнал с выхода усилителя 3 постоянного тока. Полевой транзистор 1 служит для термокомпенсации, а источники тока 6 и 7 для задания рабочих условий. Конденсатор 8 предназначен для частотной коррекции усилителя 3 постоянного тока таким обрзазом, чтобы частота входного сигнала была выше граничной частоты усиления. 3 ил. с S

Фиг.З

Изобретение относится к области детектирования амплитудного значения переменного напряжения, а именно к измерению амплитуды переменного напряжения средней и высокой частоты, и может найти применение в которых требуется точное измерение амплитуды переменного напряжения стабильной или изменяющейся часто- ты, например, при создании масс- спектрометров квадрупольного к омегатронного типов.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения частотной погрешности преобразования.

На фиг. 1 приведен график (характеристика) зависимости тока сток- исток от напряжения затвор-исток по- левого транзистора , на фиг. 2 - зависимость постоянного напряжения, подводимого к затвору, от величины iпеременного напряжения; на фиг.З - Iсхема амплитудного детектора.

На фиг. 1 рабочей точке а полевого транзистора, выбранной вблизи отсечки, соответствуют напряжение U и ток й; При приложении переменного напряжения к затвору проис- ходит преобразование напряжения в ток, несимметричное вследствие нелинейности характеристики; положительная полуволна усиливается в большей степени, а отрицательная - в меньшей или отсекается. При этом среднее значение тока сток-исток увеличивается. Если одновременно с переменным напряжением к затвору подводить постоянное напряжение, регулируемое таким образом, чтобы среднее значение тока сток-исток все гда было равно 0, то величина этого постоянного напряжения может служить мерой амплитуды переменного ан пряжения (фиг.2). При достаточно больших значениях амплитуды зависи- мЧэсть близка к линейной.

Осуществление способа иллюстрируется работой амплитудного детектора

Амплитудный детектор (фиг.1) содержит сбалансированную пару поле- вых транзисторов 1 и 2,. усилитель 3 постоянного тока, разделительный конденсатор 4, резистор 5, два источника 6 и 7 тока и конденсаторе. Вых усилителя 3 через резистор 5 подключен к затвору транзистора 1, соединенному через разделительный конден

сатор 4 с входом детектора, затвор транзистора 2 соединен с общим проводом, а входы операционного усилителя 3-е истоками транзистров 1 и 2, источники 6 и 7 тока включены в истоковые цепи полевых транзисторов 1 и 2, стоки которых объединены. Конденсатор 8 включен между инвертирующим входом и выходом усилителя 3 постоянного тока, В детекторе к входу подводится через разделительный конденсатор 4 переменное напряжение, которое не усиливается, а преобразуется в постоянное напряжение на выходе усилителя постоянного тока.

Преобразование возможно при соблюдении условия

f гр.от)

0 5

0 .„ 5

,-п

5

где f-.. - частота преобразуемого

БХ,

входного напряжения, ff ч - граничная частота усиле- ° ния усилителя постоянного

тока f - граничная частота усиления

полевых транзисторов. Такой режим не является режимом усиления входного напряжения, так как при этом не происходит усиления переменного или постоянного напряжения Конденсатор 8, включенный между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, снижает граничную частоту усиления усилителя постоянного тока, расширяя тем самым диапазон частот детектируемого напряжения в сторону малых значений.

Детектор работает следующим образом.

i

При отсутствии на входе детектора

переменного напряжения на выходе усилителя 3 устанавливается напряжение, соответствующее балансу схемы. Так как токи источников 6 и 7 равны, характеристики транзисторов 1 и 2 одинаковы, а напряжение затвора транзистора 2 равно нулю, то это напряжение, соответствующее балансу схемы, также близко к нулю.

При поступлении на вход детектора переменного напряжения ток сток-исток транзистора 1 становится импульсным, постоянное напряжение на его истоке и на соответствующем входе усилителя 3 увеличивается, что приводит к появлению на выходе усилителя 3 отрицательного напряжения, равного по величине амплитуде переменного напряжения. Равенство нарушается при малых значениях амплитуды. Возникающая при этом погрешность тем больше, чем более линейна характеристика транзистора. Эта погрешность является принципиально неустранимой. Однако, для применений, в которых более существенным является отсутствие час тотных потерь, диапазон амплитуд, детектируемых с достаточно малой погрешностью, может быть достаточным. В амплитудном детекторе отсутствует вентильный элемент. Р-n переход зат- вора полевого транзистора не является вентилем, так как во время работы к нему всегда приложено обратное напряжение. Поэтому отсутствуют потери типа заряд переключения. Частотные свойства детектора определяются процессом модуляции тока в канале полевого транзистора, который по принципу является безынерционным. Переменное напряжение на вы- водах истока и стока отсутствует. Поэтому частотные потери минимальны Они могут возникать только на входе детектора. При этом все паразитные емкости можно считать соединенными параллельно и образующими делитель

напряжения с разделительным конденсатором. Для уменьшения их влияния конденсатор 2 должен иметь достаточно большую емкость.

Формула изобретения

Компенсационный способ измерения амплитуды переменного напряжения, заключающийся в том, что на вход элемента сравнения подают сумму измеряемого переменного напряжения и постоянного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения частотной погрешности преобразования, в качестве элемента сравнения ис . пользуют элемент с нелинейной передаточной характеристикой, фиксируют среднее значение выходного сигнала этого элемента и изменяют постоянное напряжение, поддерживая неизменным среднее значение выходного сигнала элемента с нелинейной передаточной характеристикой, измеряют текущее значение постоянного напряжения и принимают результат измерений в качестве меры амплитуды измеряемого переменного напряжения о

см

В/№ср

,t

Фиг.1

Физ.1

На