Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное Советский патент 1991 года по МПК G01R19/02 

О

Ш-Л

о ел ел

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования переменных напряжений с высоким коэффициентом амплитуды в постоянное напряжение.

Целью изобретения является повышение точности преобразования переменных напряжений с высоким коэффициентом амплитуды в постоянное напряжение.

На фиг.1 показана функциональная схе- на устройства для преобразования переменного напряжения в постоянное; на фиг,2 показаны эпюры напряжений в разных точках схемы; на фиг.З показан пример реализации управляемого преобразователя среднеквадратических значений.

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное содержит входную шину 1, к которой подключены последовательно соединенные управляв- мые масштабный преобразователь 9 и преобразователь 3 среднеквадрагических значений, двухполупериодный выпрямм- тяпь 4, вход которого соединен с выходом . ноавляемого масштабного преобразовате- ля 2, дифференциальный усилитель 5, инвертирующий вход которого соединен с выходом выпрямителя 4, резистор 6 и конденсатор 7, включенные последовательно между выходом и неинвертирующим вхо- дом дифференциального усилителя 5, диод

8,через который к выходу дифференциального усилителя 5 подключена интегрирующая RC-цепь 9, состоящая из резистора 1TJ и конденсатора 11, формирователь 12 пря- моугольного напряжения, вход которого соединен с выходом интегрирующей RC-цепи

9,з выход - с управляющими входами управляемых масштабного преобразователя 2

и преобразователя 3 среднеквадратических значений, источник 13 постоянного напряжения, резисторы 14, 15, включенные последовательно между источником 13 постоянного напряжения и выходом формирователя 12 прямоугольного напряжения, общие выводы которых соединены с иеин- вертирующим входом дифференциального усилителя 5, выходную шину 16, соединенную с выходом управляемого преобразователя 3 среднеквадратических значений.

Устройство работает следующим образом.

Управляемые масштабный преобразователь 2м преобразователь Зсреднеквадра- шческих значений имеют два режима работы. В первом режиме работы управляемый масштабный преобразователь 2 имее г номинальный коэффициент передачи, а управляемый преобразователь 3 среднеквадратических значений - козффициеггг

передачи меньше номинального значения, например, в три раза. Во втором режиме работы управляемый масштабный преобразователь 2 имеет коэффициент передачи в три раза меньше номинального значения, а управляемый преобразователь 3 среднеквадратических значений - номинальный коэффициент передачи. В любом режиме работы произведение коэффициентов передачи масштабного преобразователя 2 и преобразователя 3 среднеквадратического значения должно быть одно и то же.

Для первого режима работы необходимо на управляющие входы преобразователей 2 и 3 подать напряжение, равное нулю, а для второго режима работы - постоянное управляющее напряжение. Формирователь 12 прямоугольного напряжения должен вырабатывать на выходе отрицательное напряжение.

Сопротивления резисторов 14 и 15 подбираются таким образом, чтобы напряжение на неинвертирующем входе усилителя 5 при нулевом напряжении на выходе формирователя 12 равнялось максимальной амплитуде напряжения на входе преобразователя 3.

Если переменное напряжение на входе преобразователя 3 не превышает максимальной амплитуды, напряжение на выходе выпрямителя 4, равное абсолютному значению переменного напряжения на входе преобразователя 3, не превышает постоянного напряжения на неинвертирующем входе усилителя 5. Поэтому на выходе усилителя 5 постоянное напряжение положительно, усилитель 5 находится в насыщении, диод 8 не пропускает положительное напряжение на вход интегрирующей цепи 9, на выходе цепи 9 напряжение равно нулю, на выходе формирователя 12 и на управляющих входах преобразователей 2 и 3 напряжение равно нулю, преобразователи 2 и 3 работают в первом режиме, постоянное напряжение на выходе устройства определяется средне- квадратическим значением переменного напряжения на входе устройства и произведением коэффициентов передачи преобразователей 2 и 3.

Если амплитуда переменного напряжения на входе преобразователя 3 превышает максимальный уровень, то напряжение на инвертирующем входе усилителя 5 превышает напряжение на его неинвертирующем входе, номинальное напряжение на выходе усилителя 5 уменьшается. Это уменьшение передается через резистор 6, конденсатор на резисторы 14, 15 и с них на неинвертирующий вход усилителя 5, и напряжение на выходе усилителя 5 еще больше уменьшается. Начинается лавинообразный процесс,

который заканчивается изменением полярности напряжения на выходе усилителя 5. После окончания перезаряда цепи резистор 6 - конденсатор 7 отрицательным напряжением-с выхода усилителя 5 положительное напряжение на выходе усилителя 5 восстанавливается.

Таким образом, усилитель 5 вырабатывает импульс напряжения отрицательной полярности. Длительность импульса определяется постоянной времени цепи резистор 6 - конденсатор 7 и должна быть в несколько раз (в 3-4) меньше самого большого периода сигнального напряжения на входе устройства.

Постоянная времени заряда конденсатора. 11 должна быть меньше длительности импульса на выходе усилителя 5. Поэтому импульс отрицательной полярности через диод 8 заряжает конденсатор 11 цепи 9.

При появлении напряжения на конденсаторе 11 на выходе формирователя 12 формируется управляющее напряжение, которое ореводит преобразователи 2 и 3 во второй ;.ежим работы. При этом коэффициент передачи преобразователя 2 уменьшается (например, в 3 раза). Напряжение с выхода формирователя 12 уменьшает через резистор 15 напряжение на неинвертирующем входе усилителя 5 (например, в 3, 5 раза), следующий импульс сигнала на входе преобразователя 3 уменьшается в 3 раза.

Постоянная времени разряда конденсатора 11 через входное сопротивление формирователя 12 выбирается таким образом, чтобы к моменту прихода следующего сигнального импульса на выходе формировате- ля 12 еще действовало постоянное напряжение. Так как сигнальный импульс на выходе- преобразователя 2 и, следовательно, на инвертирующем входе усилителя 5 уменьшается в 3 раза, а постоянное напряжение на неинвертирующем входе усилителя 5 уменьшается в 3,5 раза, то в момент действия сигнального импульса напряжение на неинвертирующем входе превышает напряжение на неинвертирующем входе и усилитель 5 вырабатывает второй импульс, затем третий и т.д. Эти импульсы подзаряжают конденсатор 11, на выходе формирователя 12 постоянное напряжение сохраняется, и сохраняется второй режим работы.

Поскольку во втором режиме работы коэффициент передачи преобразователя 2 уменьшается в 3 раза без изменения общего коэффициента передачи преобразователь 2 - преобразователь 3, то амплитуду сигнала на входе устройства можно увеличить в 3 раза при малых погрешностях преобразования.

При обратном уменьшении амплитудного значения сигнального напряжения во 5 втором режиме работы, амплитуда напряжения на инвертирующем входе усилителя 5 становится в какой-то момент времени меньше напряжения на его неинвертирующем входе. Поэтому усилитель 5 не выраба10 тывает отрицательный импульс от очередного сигнального импульса. При этом конденсатор 11 разряжается дс нуля и напряжение на выходе формирователя 12 скачком падает до нуля. Напряжение на де15 лителе - резисторах 14, 15 и соответственно на неиивертирующем входе усилителя 5 увеличивается в 3,5 раза, устройство переходит s первый режим работы, амплитуда напряжения на выходе преобразователя 2 и

0 соответственно на неинвертирующем входе усилителя 5 увеличивается в 3 раза. Но так как напряжение на неинвертирующем входе усилителя 5 увеличивается в 3,5 раза, то зто напряжение устойчиво превышает нз5 пряжение на инвертирующем входе усилителя 5, и усилитель 5 перестает формировать отрицательные импульсы. Напряжение на выходе формирователя 12 сохраняется равным нулю, и устройство ус0 тойчиво работает в первом режиме работы. На фиг.2 а - напряжение на выходе преобразователя 2, б - на . инвертирующем входе усилителя 5, в - на неинвертирующем входе усилителя 5, г - на выходе усилителя

5 5, д - на конденсаторе 11. е - на выходе формирователя 12.

Эпюры бив изображены в меньшем масштабе.

Преобразователь 3 среднеквадратиче0 ских значений с управляемым коэффициентом передачи содержит (фиг.З) блок 17 - собственно преобразователь среднеквад- ратических значений, резисторы 18, 19 и реле 20.

5Таким образом, наличие второго режима работы позволяет уменьшить погрешность преобразования переменных напряжений с большим коэффициентом ам- амплитуды.

0Формула изобретения

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное, содержащее управляемые масштабный преобразователь и преобразователь сред5 неквадратического значения, последовательно соединенные между входной шиной и выходной шиной устройства, источник постоянного напряжения и дифференциальный усилитель, отличающееся тем, что, С целью повышения точности преобразований переменных напряжений с высоким коэффициентом амплитуды, в него введены двухполупериодный выпрямитель, три резистора, конденсатор, интегрирующая, RC- цепь и формирователь прямоугольного напряжения, причем выход управляемого ма ;штабного преобразователя соединен чеЬез двухполупериодный выпрямитель с инпертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к неинвертирующему входу через последова- тел ьно соединенные первые резистор и кон- денсатор, выход дифференциального

усилителя соединен через диод с входом интегрирующей RC-цепи, выход которой соединен входом формирователя прямоугольного напряжения, выход которого соединен с управляющим входами масштабного преобразователя и преобразователя средне- квадратических значений, а через последовательно включенные второй и третий резисторы с выходом источника постоянного напряжения, общие выводы второго и третьего резисторов соединены с неинвертирующим входом дифференциального усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования переменных напряжений с высоким коэффициентом амплитуды в постоянное напряжение. Цель изобретения - повышение точности преобразования переменных напряжений с высоким коэффициентом амплитуды в постоянное напряжение - достигается применением входной шины 1, управляемого масштабного преобразователя 2, преобразователя 3 среднеквадратических значений, дифференциального усилителя 5, источника 13 постоянного напряжения. Устройство содержит также двухполупериодный выпрямитель 4, резистор 6, конденсатор 7, диод 8, интегрирующую RC-цепь 9, состоящую из резистора 10 и конденсатора 11, формирователь 12 прямоугольного напряжения, резисторы 14 и 15, выходную шину 16. 3 ил.

(риг. 2

L.

Фиг.Э