Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых вольтметров переменного напряжения.

Цель изобретения - повышение точности преобразования при малых входных сигналах, имеющих постоянную составляющую.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя.

Линейный преобразователь содержит усилитель 1 разбаланса, первый 2 и второй 3 полевые транзисторы, затворы которых объединены друг с другом, а сток транзистора 3 соединен с входной клеммой 4 устройства, первый 5 и второй 6 резисторы,

первые выводы которых объединены и подключены к истоку транзистора 2, второй вы- вод резистора 5 соединен со стоком транзистора 3, фильтр 7 низких частот, выход которого соединен с выходной клеммой 8 устройства, стоком транзистора 2 и через первый инвертирующий усилитель 9 с вторым выводом резистора 6, второй инвертирующий усилитель 10 и третий резистор 11, включенные параллельно между истоком транзистора 3 и входом фильтра 7, третий инвертирующий усилитель 12, вход которого подключен к стоку транзистора 3, а выход через четвертый резистор 13-к истоку транзистора 3. Преобразователь содержит также двухполупериодный выпрямитель 14,

о

N

-ч|

ь N3

со

переключающий элемент 15. пятый 16 и шестой 17 резисторы, генератор 18 импульсов. Информационный вход, вход управления, первый и второй выходы переключающего элемента 15 подключены соответственно к истоку транзистора 2, выходу генератора 18, инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя 1. Первые выводы резисторов 16 и 17 соединены с общей шиной 19 устройства, а вторые выводы - с инвертирующим и неинвертирующмм входами усилителя 1 соответственно. Выпрямитель 14 включен между выходом усилителя 1 и объединенными затворами транзисторов 2 и 3.

Линейный преобразователь работает следующим образом.

Цикл работы устройства состоит из двух тактов, равных между собой по длительности. В одном из тактов переключающий элемент 15 подключает к инвертирующему входу усилителя 1 разбаланса исток транзистора 2 и первые выводы резисторов 5 и 6. Тогда на инвертирующий вход усилителя 1 поступает входное напряжение UBx (t). На этот. усилителя 1 через резистор 6 подается постоянное напряжение 11Вых с выхода фильтра 7 низких частот. Выходное напряжение усилителя 1 через выпрямитель 14 вызывает молудяцию проводимости канала транзистора 2, Одновременно изменяется проводимость канала транзистора 3. В данном такте работы преобразователя выпрямитель 14 является простым повторителем выходного напряжения усилителя 1 разбаланса. Связь величины модуляции проводимости канала транзистора 2 с величинами поступающих входного UBx(t) и напряжения ивых фильтра 7 низких частот можно определить из уравнения

UBX(t} - UCM} Gs + ( Uab,x-UcM)-G2 - ( ивь.х+ + иСм)-Сб О,

где UCM - напряжение смещения на инверти- рукуцзм входе усилителя 1, обусловленное температурным и временным дрейфом нулевого уровня;

Gs и Сб - проводимости резисторов 5 и 6;

Ga - проводимость канала транзистора 2.

Откуда

го - ивых + UCM . UBX (t)-UCM . G

G2nГГ- G6 -i i-trn 5

ивых UCMUBUX UCM

Выходное напряжение усилителя 10 U11o -U8Wx(t)(G3-Gi3)/Gii , где G3,Gn,Gi3 - проводимости канала тран- зистра 3 и резисторов 11 и 13 . Если проводимости каналов транзисторов 2 и 3, размещенных на одном кристалле, одинаковы и проводимости резисторов 6 и 13 равны по величине, т.е. , то

,.1 и ю -

«Ш

Gn (иВых -иСмУ

X /{ Uex (t) - UCM Gs -2 UCM Go I

Во втором такте переключающий элемент 15 подключает выводы резисторов 5 и 6, исток транзистора 2 к неинвертирующему входу усилителя 1 разбаланса. При этом изменяется знак напряжения UCM, приложенного к истоку транзистора 2, и одновременно изменяется полярность его выходного напряжения. Двухполупериод- ный выпрямитель 14 в этом такте осуществляет инверсию выходного напряжения усилителя 1, обеспечивая этим сохранение знака обратной связи в цепи отрицательной обратной связи усилителя 1.

Тогда по аналогии с предыдущим тактом с учетом того, что напряжение смещения усилителя 1 имеет противоположный знак

1111 -UBX(O

U10 Gn (ивых + UCM)

X I UBX (t) + UCM G5 - 2 UCM Go I

Среднее значение выходного напряжения усилителя 10 за цикл работы преобразователя

UioCp 0.5(U110 + uVo). После постановки в эту формулу значений и ю и U Vo . разложения в ряд Тейлора, сокращения бесконечно-малых величин получим

UlOco

USx(t) . GS

ср Uewx Gn После усреднения напряжения Uio фильтром 7 низких частот за период сигнала Т:

U

вых

-У1

45 Обозначив К V Gs/Gn . получим

ивых ulx(t)dt

Таким образром, выходное напряжение устройства пропорционально среднеквад- ратическому значению входного переменного напряжения.

Формула изобретения

Линейный преобразователь средне- квадратического значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, затворы которых объединены, первый и второй резисторы, пер вые выводы которых подключены к истоку

первого полевого транзистора, сток второго полевого транзистора соединен с входной клеммой устройства, а исток - с выходной клеммой устройства через последовательно включенные второй инвертирующий усилитель с третьим резистором в цепи обратной связи, и фильтр низких частот, выход которого подключен к второму выводу второго резистора через первый инвертирующий усилитель, вход третьего инвертирующего усилителя подключен к входной клемме устройства, а выход - к входу второго инвертирующего усилителя через четвертый резистор, усилитель разба - ланса, пятый и шестой резисторы, первый вывод1 пятого резистора подключен к общей шине устройства, отличающийся тем, что с целью повышения точности преобразования при малых сигналах, имеющих постоянную составляющую, в него введены двухполупериодный выпрямитель, переключающий элемент и генератор импульсов, выход которого соединен с

управляющим входом переключающего элемента, вход которого подключен к истоку первого полевого транзистора, первый выход - к инвертирующему входу усилителя разбаланса и второму выводу пятого резистора, а

второй выход - к неинвертирующему входу усилителя разбаланса и через шестой резистор к общей шине устройства, вход даухпо- лупериодного выпрямителя подключен к выходу усилителя разбаланса, а выход - к

затворам полевых транзисторов, сток первого полевого транзистора соединен с выходом фильтра низких частот, второй вывод первого резистора подключен к входной клемме устройства.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых вольтметров переменного напряжения. Цель изобретения - повышение точности преобразования при малых входных сигналах, имеющих постоянную составляющую. Устройство содержит усилитель 1 разбаланса, полевые транзисторы 2 и 3, фильтр 7 низких частот, инвертирующие усилители 9, 10 и 12. Введение двухполупериодного выпрямителя 14, переключающего элемента 15 и генератора 18 импульсов обеспечивает исключение аддитивных погрешностей, обусловленных постоянной составляющей во входном напряжении и напряжениями смещения и входными токами активных элементов схемы, при этом аддитивные погрешности введенных блоков не влияют на точность устройства. 1 ил. (Л С