Перестраиваемый имитатор связанных индуктивностей Советский патент 1993 года по МПК H03H11/42 

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и электротехнике и может использоваться для имитации цепей с взаимоиндуктивностью, а также при изготов/тении трансформаторов на интегральных микросхемах.

Целью изобретения является расширение диапазона имитируемых значений двух связанных через взаимоиндуктивность заземленных индуктивных элементов.

Сущностью предлагаемого изобретения является получение перестраиваемого имитатора двух связанных индуктивностей, имеющих общий провод, на базе имитатора незаземленной индуктивности (прототипа) при сохранении обеспечиваемой им высокой добротности имитации.

Поставленная цель достигается тем, что в имитатор незаземленной индуктивности, содержащий два зквивал. :(тных звена, каждое из которых содержит ОУ, к входам которого подключены первые выводы, соответственно, первого и второго резисторов, вторые, выводы которых объединены с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к выходу ОУ, а между выходом и инвертирующим входом ОУ включена емкостная цепь отрицательной обратной связи, при этом инвертирующие входы ОУ первого и второго звена соединены черезчетвертый резистор: в каждое звено введены пятый и шестой резисторы, первые выводы которых подключены к общей шине устройства, а вторые выводы.

со со со

00

4

соответственно, - к неинвертирующему и инвертирующему входам каждого из ОУ. Этим достигается организация заземленных мндухтмвностей, связанных через отрицательную незавершенную, а конкретная схема емкостного 3-полюсника определяет границы диапазона имитируемых значений индуктивностей, составляющих результирующую П-образную схему. При этом для описания наиболее общего случая имитации, структурно-симметричные звенья имитатора должны быть подобны друг другу с коэффициентом подобия N.

Принципиальная схема имитатора связанных индуктивностей с примерами конкретного выполнения цепи отрицательной обратной связи (ООС) приведена на чертеже, где Yit Ґ2, Уз, Y4, Ys, YS - проводимости, соответственно, 1-го, 2-го, 3-го, 4-го, 5-го и 6-го резисторов 1, 2, 3, 4, 5, 6 Ci, С2, Сз - емкости соответствующих конденсаторов 7, 8,9,

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Рассмотрим два варианта схемы имитатора, определяемых Г-образным емкостным 3-лолюсником ООС, характерным для цепи прототипа (фиг.1,а) и Т-образным емкостным 3-полюсником ООС (фиг. 1,6), позволяющим расширить диапазон значений имитируемых индуктивностей.

Для этого найдем входную проводимость одной из подобных подсхем, составляющих имитатор, за исключением четвертого резистора, посредством которого они соединены встречно, как отношение соответствующих алгебраических дополнений определяющей матрицы Y узловых проводимостей данной активной цепи, при условии идеальности и идентичности ОУ усилителей.

Итак, а рамках каждого из вариантов: а) r-образная цепь ООС

fex

- Дм Y

CiY5(Yi+Y2+Y3)-C2Y2Y3 Ci(Y2+Y5)

.Y3(Y5Yi-Y2Y{01

PCi(Y2+Y5)

где U

1 - номер входного узла устрой Ci(Y2+Ys)

Y3(YiY5-Y2Y|$) б) Т-образная цепь ООС.

-ДХ1Aii Y .

C2(Y1+Y2+Y3)-C3Y2Y3 ... С2 ( Y2 + Y5 )

+ Y3 ( Cv+ C2 + Сэ ) ( Y5 Yi - Y2 Y{J ) 5FCiC2(Y2+Y5) .

+гц

где

CtC2(Y24-Y5)

Y3 ( Ci + C2 4-Сз) ( Y5 Yi - Y2 Y)

Потери G3 в рамках обоих вариантов для достижения высокой добротности имитатора могут быть скомпенсированы при условии

а)C2Y2Y3 - CiY5 (Yi + Y2 + Y3);

б)C3Y2Y3 - C2Y5 (Yi + Y2 + Y3).

Легко видеть, что по существу для каждого из вариантов представляет из себя параллельное соединение положительной и отрицательной индуктивностей, подключенных относительно входа к общей шине,

причем отрицательная составляющая инвариантно определяется проводимостью Ye. Разложив Ye1 на две параллельные проводимости Ye и Y4 и отсоединив Y41 от общей шины, можно организовать таким образом

встречное включение двух подобных индуктивных подсхем путем последовательного соединения Y41 и Y4 N. Результирующая схема, очевидно, будет имитировать П-образную индуктивную схему замещения двух

связанных индуктивностей со следующей характерной матрицей Y-параметров:

40

Yn -Yi2

-Y21 Y22

где (Сэ - 0)

Vi Y3(Yi.Ys-Y2Y6) Y3Y2Y |

11 PCi(Y2+Y5) PCi(Y2+Y5)X

f N v 1,1 x(Tq-TT): FU+FU:

Y22

N

Y3(YiY5-Y2Y6) Y3Y2Yli PCi(Y2-fY5) P Ci ( Y2 + Y5Г

х ТхГ-ГТ Т:гС + Р1;;

Yl7-v 1- Y3Y2Y) . ( N- -l .

112 Y21 PCi(Y2 +Y5)N + 1 PLc

.)

Yi

Yai

Y3(YiY5-Y2Y6) Y3Y2Y4 PC,(-Yf+Y5) P C3 ( Y2 + Y5 Г

:

Y3(YiY5-Y2Y6) Y3Y2Y4 PC9(Y2+Y5) P Сэ ( Y2 + Y5 Г

v/ N x, N , 1 .

X(NTT)-FC+FU

v i-vY3Y2Yii , N v1.

Ylf ( Y2 + Y5 ) N 4- 1 РЦ

Y4

R6

Wr N

Y4(N1rT)

Таким образом, с помощью резисторов и RC/N можно независимо регулировать соответствующие отрицательные составляющие заземленных индуктивностей, тем самым добиваясь необходимой точности их имчтации. Взаимоиндуктивность Lc также инпариантно может перестраиваться с по- мо цью плавающей проводимости Y4.

Анализируя теперь выражения для L, имитируемых для различных вариантов цепи ООС, рассмотрим эффект повышения точности имитации каждой из индуктивностей П-образной схемы замещения при использовании Т-образного емкостного 3-полюсника, по сравнению с Г-образным, характерным для схемы прототипа, за счет расширения диапазона имитируемых значений.

Как нетрудно установить, значения индуктивностей LT, соответствующих Т-образно цепи ООС, определяются величиной эквивалентной емкости Сэ, где

CiC2

Ci + С2 + Сз

I

I Легко видеть, что U отличаются от L- на множитель k

|k „ С2.

Ci + С2 + Сз

Отсюда можно сделать вывод, что при прочих равных условиях Сэ позволяет получи ь величину U на порядок меньше, чем Ц. Например, пусть Ci - наименьшую из воз ложных значений данной емкости, тогда при Ci C2 С и при достаточно большой Сз Ci + С2 можно получить значение Сэ« Ci для Г-образного варианта, а, следовательно, и Ц« U. Таким образом.

предлагаемая модернизация схемы прототипа при сохранении всех его достоинств позволяет существенно расширить границы значений имитируемых связанных индук- 5 тивностей,- что в свою очередь позволяет расширить и область практических применений данного имитатора.

Необходимо также отметить, что поскольку имитируемая взаимоиндуктивность является отрицательной, то имитатор может имитировать работу электрического трансформатора, который в этом случае по характеру своего действия будет изотропным, т.е.

способным трансформировать электрическую энергию в оба направления с взаимно- обратными коэффициентами передачи.

Итак, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет получить П-обратную схему замещения связанных индуктивностей, каждая из которых способна независимо перестраиваться; расширить диапазон имитируемых значений индуктивностей за счет организации в

схеме отрицательных составляющих заземленных элементов, а также включения в цепь ООС ёмкостных 3-полюсников.

Применение такого имитатора позволит реализовать цепи со связанными индуктивностями по гибридно-пленочной технологии и полностью исключить намоточные изделия (катушки индуктивности).

Формула изобретения Перестраиваемый имитатор связанных

индуктивностей, содержащий два звена, каждое из которых содержит операционный усилитель (ОУ), к входам которого подключены первые выводы соответственно первого и второго резисторов, вторые выводы которых объединены с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к выходу ОУ, между выходом и инвертирующим входом ОУ включена емкостная цепь отрицательной обратной связи, при

этом инвертирующие входы ОУ первого и второго звеньев соединены через четвертый резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона имитируемых значений двух связанных через взаимоиндуктивность заземленных индуктивных элементов: в каждое звено введены пятый и шестой резисторы, первые выводы которых подключены к общей шине, а вторые выводы подключены к инвертирующему и

неинвертирующему входам. ОУ соответ- ственно.

Использование: в радиотехнике и элекротехнике для имитации цепей с взаимоиндуктивностью, а также при изготовлении рансформаторов на интегральных микро- Схемах. Сущность изобретения: расширение диапазона имитируемых значений двух связанных через взаимоиндуктивность заземленных индуктивных элементов достигается за счет независимо перестраиваемых отрицательных составляющих, включенных параллельно с высокодобротными заземленными индуктивностями, а также независимой перестройки взаимоиндуктивности посредством регулировки плавающей проводимости, и содержит два звена, каждое из которых выполнено на операционном усилителе (ОУ), к входам которого подключены первые выводы соответственно первого и второго резисторов, вторые выводы которых объединены с первым выводом третьего резистора, второй вывод которого подключен к выходу ОУ, между выходом и инвертирующим входом ОУ вкл эчена емкостная цепь отрицательной обратной связи (ООС), при этом инвертирующие входы ОУ первого и второго звена соединены через четвертый резистор, причем в каждое звено введены пятый и шестой резисторы, первые выводы которых подключены к общей шине, а вторые выводы -к инвертирующему и неинвертирующему входам ОУ соответственно. 1 ил. (Л С

О)

5