Имитатор комплексного сопротивления Советский патент 1992 года по МПК G01R17/00 

выходе усилителя не одинаковы, т.е. входное сопротивление имитатора не равно его проходному сопротивлению, что вызывает определенные погрешности измерений при включении имитатора в мостовую измерительную цепь.

Известен ряд устройств, содержащих операционный усилитель с образцовыми импедансами на входе и в цепи обратной связи, а также с дополнительным образцовым импедансом, включеннЬ1м между входом и выходом операционного усилителя, в которых применены различного вида дополнительные активные (усилительные) устройства для компенсации погрешностей, обусловленных неравенством входного и выходного токов имитатора.

Общим недостатком этих устройств является сложность схемы и конструкции и пониженная устойчивость работы, обусловленная наличием второго усилителя.

Наиболее близким по технической сущности является имитатор комплексного сопротивления, содержащий цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексного сопротивления и операционный усилитель, неинвертирующий вход и выход которого подключены к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно, концы цепочки образцовых элементов соединены между собой и подключены к первому входному зажиму имитатора, а неинвертирующий вход и второй выходной зажим усилителя подключены к второму входному зажиму имитатора (2, фиг. 1).

Входной ток этого известного имитатора, определенный в результате расчета схемы, равен 1 „ 1 , 1

IBX IP н.

где IP и 7 рабочий ток имитатора:

; и , и

н + пг- нежелательные составляZ4 /.2 ющие входного тока;

О - напряжение на входных зажимах имитатора:

22, Z3, 24 - сопротивления образцовых элементов, включенных на входе, в цепи обратной связи усилителя и на выходе усилителя соотвепственно.

Нежелательные составляющие тока 1н обусловлены влиянием входного напряжения О, протекающего через Z4, и отклонением части TOKd через сопротивление 7,1. включенное на входе усилителя.

Эквивалентная проводимость имитатора равна

IBX2з 1. л

У ,(f-e).

Эквивалентное сопротивление тора

ZaZ

(1-У),

УэZ3

где у - погрешности преобразования. Недостатком этого устройства является

невысокая точность преобразования импеданса, обусловленная наличием нежелательных составляющих во входном токе имитатора, обусловленных влиянием входного напряжения и конечного значения сопротивления образцового элемента. подключенного к входу усилителя.

Целью настоящего изобретения является повышение точности формирования эквивалентного импеданса имитатора.

Поставленная цель достигается тем, что в имитаторе комплексного сопротивления, содержащем цепочку из трех последовательно соединенных элементов комплекс-ного сопротивления и операционный усилитель, инвертирующий вход и первый выходной зажим которого подключены к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элементов и неинвертирующий вход усилителя подключены к двум входным зажимам имитатора соответственно, введень новые, связи, а именно: второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки образцовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилителя.

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то. что между первым входным зажимом имитатора и вторым выходным зажимом усилителя включается отрицательная комплексная проводимость, что повышает точность устройства.

Вторым дополнительным свойством предлагаемого устройства является то, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используется повторитель гока.

Отличительными от прототипа признаками предлагаемого технического решения, которые обуславливают его соответствие критерию Новизна, являются:

1. Введение новых связей между элементами, конец цепочки образцовых элементов подключен к неинвертирующему входу усилителя, а второй (нулевой) выходной зажим усилителя подключен к первому

(потенциальному) входному зажиму имитатора.

2.Введен новый элемент - между вторым выходным зажимом усилителя и первым входным зажимом имитатора включена отрицательная комплексная проводимость.

3.Вторым дополнительным элементом является введение повторителя тока, включенного между первым входом имитатора и вторым выходом усилителя.

Применение новых связей в устройстве позволяет получить новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, а именно: существенное повышение точности преобразования сопротивления за счет исключения нежелательных составляющих во входном токе устройства без усложнения схемы и конструкции устройства. При этом обеспечивается равенство токов на входе и на выходе усилителя.

Дополнительное введение новых элементов позволяет повысить точность коэффициента передачи операционного усилителя, на котором построен имитатор комплексных сопротивлений.

По сравнению с существующими аналогами имитатора, описанными выше (2-5). обеспечивается существенное упрощение схемы и конструкция устройства и повышение его устойчивости и точности.

Таким образом, у заявляемого технического решения новая совокупность связей между элементами и введение нового элемента обуславливают новые свойства - повышение точности формирования комплексной проводимости в расширенном диапазоне частот и номинаяьных значений сопротивлений, что соответствует критерию Существенные отличия.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предласаемого устройства: на фиг.2 принципиальная схема предлагаемого устройства с дополнительным блоком, включенным между входом имитатора и вторым выходом усилителя: на фиг.З - эквивалентная схема предлагаемого устройства с включенным дополнительным блоком.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит усилитель 1. образцовые комплексные сопротивления 2,3,4. Сопротивление 2 включено между входным зажимом А имитатора и инвертирующим входом усилителя. Элемент 3 включен между инвертирующим входом и выходом усилителя. Элемент 4 включен между выходом и неинвертирующим входом усилителя. Второй выходной зажим усилителя 1 соединен с входным зажимом А имитечтора. К заж1:му В имитатора подключен неинвертирующий вход усилителя.

Схема устройства, представленная на фиг.2. отличается от приведенной на фиг.1 тем, что в ней между вторым выходом усилителя 1 и входным зажимом А имитатора включен дополнительный блок 5.

Работа устройства может быть пояснена следующим образом.

При показанных на фиг,1 соединениях между элементами видно, что к образцовому элементу 4 приложена алгебраическая

0 сумма двух напряжений: входного напряжения О и выходного напряжения усилителя 1, В свою очередь напряжение Ок равно алгебраической сумме двух напряжений: входного О и преобразованного на элементах 2 и 3 - напряжения Ок. т.е,

2з

UK -(U-UK) -U(I +

7.2

где Z2 и 2з сопротивления элементов 2 и 3 соответственно;

.122

UK -и 7 Z3

Таким образом к элементу 4 приложено напряжение Ок и входной ток 1вх. равный току М. протекающему через элемент 4. определяется выражением:

Z3

и

7,2 Z4

30

где - сопротивление элемента 4.

Эквивалентная проводимость имитатора равна

IBX Z3

5

Уэ

CJ

Z2Z Эквивалентное сопротивление будет

Z2Z4

Za

Z3

Выбором значений сопротивлений 7.2.

0 Z:i и Z4 можно обеспечить требуемые характеристики эквивалентного комплексного сопротивления имитатора.

Более подробный анализ работы устройства, приведенного на фиг.2. может быть

5 произведен с использованием его эквивалентной схемы, показанной на фиг.З, где Za, Zaи Z.Zs-сопротивления элементов 2,3,4,5 соответственно,

Ze - входное сопротивление усилителя

0

1, .

Uk - выходное напряжение усилителя 1,

О - напряжение на зажимах АВ имитатора.

В результате расчета эквивалентной

5 схемы, представленной на фиг.З (например., методом контурных токов) без учета пог решностей высших порядков малости получим следующие выражения для контурных токов:11 и ,|(Z,4-Z5 (Z2+Z). где k - коэффициент усиления усилителя 1; 1ZT ( 1 + у -) - коэффициент обратной связи усилителя. Входной ток имитатора 1вх li, а ток через элемент 4 равен 12. Без учета погрешностей преобразования эти токи равны между собой, т.е. 1вх И 12, а эквивалентный импеданс имитатора для схемы на фиг. 1 при Z5 О равен z,-(i-y,). 1Z2 где yi (1 + 7 ) погрешность пре образования импеданса устройства, построенного по схеме на фиг.1 (при Zs 0). При наличии элемента 5 (схема на фиг.2) эквивалентный импеданс равен т;-(-), Z2+Z5 + ё) (1 +- К/Г Z3 Z4 1 У - погрешность преобразования. Если значение сопротивления элемента 5 принять равным -,Z2Z4 Г 1 / 1 , Z3ч| ( Z3 + Z4 Z5 Z2 Z2TZ7 J то погрешность ) будет частично скомпенсирована и составит -кУ Применение элемента 5 с соответствующим значением отрицательного сопротивления позволяет повысить точность устройства. Формирование отрицательных сопротивлений, используемых для компенсации погрешностей, особых трудностей не вызывает, т.к. для этих целей могут быть использованы соответствующие выводы на микросхеме, используемой в качестве операционного усилителя. Аналогичный эффект коррекции погрешностей может быть обеспечен, если в качестве элемента 5 применить повторитель токов. Использование изобретения позволит создать прецизионные двухзажимные меры индуктивности, емкости и активного сопротивления в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства. Точность предлагаемого устройства выше точности известных аналогов имитаторов. Формула изобретения 1,Имитатор комплексного сопротивле-, ния, содержащий цепочку из трех последевательно соединенных образцовых элементов комплексного сопротивления и операционный усилитель, инвертирующий вход и первый выходной зажим которого. подключены к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элемен-тов и неинвертирующий вход усилителя подключены к входным зажимам имитатора, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности формирования комплексной проводимости, второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки образцовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилителя. 2,Имитатор поп,1,отличающийс я тем, что второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора через отрицательную комплексную проводимость, 3,Имитатор по п.2, отличающийс я тем, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используется повторитель тока.

Использование: в области электроизмерительной техники в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивления, либо комплексного сопротивления любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот. 'Сущность изо- бретения: для повышения точности формирования комплексной проводимости второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки элементов соединенИзобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивления, либо комплексного сопротивления любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот.Известен двухзажимный эквивалент реактивности, содержащий усилитель с тремя образцовыми элемйнтами, первый из которых включен между входным зажимом имитатора и входным зажимом усилителя, второй элемент включен между входным ис неинвертирующим входом усилителя. Второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора через отрицательную комплексную проводимость. Между вторым выходным зажимом усилителя и первым входным зажимом имитатора включен повторитель тока. Устройство содержит цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексных сопротивлений и операционный усилитель, инвертирующий вход, первый выходной зажим которого подключен к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно. Первый конец цепочки элементов и неинвертирующий вход усилителя подключены к входным зажимам имитатора. Использование изобретения позволит создать прецизионные двухэажимные меры индуктивности, емкости и активного сопротивления в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства. Точность предлагаемого устройства выше точности известных аналогов имитаторов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.выходным зажимами усилителя, а третий элемент включен между входным зажимом имитатора и выходным зажимом усилителя

д О-

.1

IV

4

fe.2

Рд/г.З