МАСШТАБНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/00 G06J3/00 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике. Устройство предназначено для использования в автоматических цифровых измерительных приборах для измерения периодических напряжений и токов произвольной формы, полной мощности, отношения периодических напряжений и токов;определения амплитудно-частотных характеристик четырехполюсников, а для проверки частотных характеристик автоматических цифровых измерительных приборов. Известен масштабный преобразователь напряжения с автоматической регулировкой и запоминанием коэффициента передачи, содержащий компарирующий преобразователь, вход которого через коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и выходу широкополосного усилителя, цепь обратной связи, оди« вход которой подключен к выходу компарирующего преобразователя, а другой - к фиксирующему элементу калибровки и через; ключ - к выходу цепи обратной связи, и запоминающий элемент.

В этом устройстве низкочастотные сигналы преобразуются с большой погрещностью в результате модуляции преобразуемого напряжения сигналом второй гармоники с выхода компарирующего преобразователя. Такая погрешность достигает 0,5% на частоте 30 гц при больщой кручзне регулирующего элемента,

что необходимо для обеспечения необходимого динамического диапазона входных напряжений. Коэффициент передачи запоминается вследствие запоминания регулирующего сигнала на входе регулятора, поэтому при больщой крутизне регулирующего элемента возникает погрешность запоминания из-за напряжений шумов и пульсаций на выходе усилителя обратной связи.

Кроме того, при преобразовании высокочастотных сигналов возникает большая погрешность за счет неравномерности амплитудночастотной характеристики широкополосного усилителя при различных состояниях регулирующего элемента. При преобразовании сигналов малого уровня эта неравномерность достигает 50% на частоте 400 кгц.

Цель изобретения - уменьшение погрешности преобразования в широком частотном диапазоне входных напряжений. Достигается она тем, что в предлагаемом преобразователе широкополосный усилитель имеет два регулирующих элемента с различной крутизной регулирования, входы которых соединеиы с запоминающими элементами и поочередно подключаются коммутирующими элементами к выходу цепи обратной связи. Кроме того, щирокополосный усилитель охватывается амилитудно-частотно-зависимой обратной связью, вход

ход обратной связи через один вход сумматора подключен ко входу широкополосного усилителя. Измеряемое напрял ение подключено ко второму входу сумматора.

В результате этого погрешность преобразования напряжений и запоминания коэффициента передачи в полосе частот 20-200 кгц уменьшается до 0,3%, а в полосе частот 10- I мгц - до 2,5%.

На чертеже приведена блок-схема масштабного преобразователя.

Масштабный преобразователь содержит широкополосный усилитель / с двумя регулируюШ.ИМИ элементами и компарируюш.ий преобразователь 2, вход которого через коммутатор подключается к источнику образцового напряжения t/o и выходу усилителя. Один вход цепи обраиной связи 4 соединен с выходом преобразователя 2, а другой - с фиксирующим элементом калибровки 5 и через ключ 6- с выходом цепи обратной связи 4. Регулирующие входы усилителя / подключены к соответствующим запоминающим элементам 7 и S и через коммутирующий элемент 9 - с выходом цепи обратной связи. Вход амплитудно-частотно-зависимой обратной связи 10 соединен с выходом усилителя /, а ее выход - через сумматор 11 - со входом усилителя. На другой вход сумматора подается измеряемое напряжение.

Принцип действия предлагаемого преобразователя заключается в следующем. В исходном состоянии калибруют цепь обратной связи и компарирующий преобразователь 2. Нри этом еа вход компарирующего преобразователя через коммутатор 3 .подают образцовое напряжение Lo, а выход цепи обратной связи 4 соединяют ключом 6 с фиксирующим элементом калибровки 5. В этом случае на фиксирующем элементе калибровки устанавливается напряжение, однозначно связанное с эффективным значением образцового напряжения. По окончании калибровки вход компарирующего преобразователя отключают от источника образцового напряжения UQ и коммутатором 3 подключают к выходу широкополосного усилителя /. Одновременно размыкают ключ 6, и на фиксирующем элементе калибровки запоминается напряжение, соответствующее калибровочному напряжению UQ, а коммутирующий элемент 9 подключает выход цепи обратной связи к запоминающему элементу 7 и регулирующему элементу широкополосного усилителя, имеющему большую крутизну регулирования. При этом на выходе широкополосного усилителя формируется напряжение, с определенной точностью соответствующее образцовому напряжению Uo. Изменение входного сигнала на этом этапе формирования может достигать 50 дб. По окончании первого этапа формирования выход цепи обратной связи отключается от входа первого регулирующего элемента широкополосного усилителя (его состояние запоминается с помощью запоминающего элемента 7) и подключается коммутирующим элементом 9 ко входу второго регулирующего элемента и запоминающему элементу 5. Крутизна второго регулирующего элемента небольшая, поэтому погрещность от модуляции преобразуемого сигнала напряжения щумов, пульсаций и погрешность запоминания передачи незначительны. В то же время на этом этапе формирования выбирается погрешность, которая возникает

на первом этапе формирования и при запоминании коэффициента передачи широкополосного усилителя по окончании первого этапа.

Цепь амплитудно-частотно-зависимой обратной связи позволяет получать равномерную частотную характеристику широкополосного усилителя при различных входных сигналах. Трудность обеспечения равномерной частотной характеристики широкополосного усилителя с регулируемым усилением заключается в том, что при различных входных сигналах (в большом динамическом диапазоне) изменяется состояние регулирующего элемента и при этом изменяется его частотная характеристика. Так, при использовании в качестве регулирующего элемента управляемого делителя, включенного каскадами усилителя, при большом входном сигнале коэффициент деления минимален, а при малом сигнале, соответствующем нижней границе динамического диапазона входных напряжений, максимален. В этом случае (при малом входном сигнале) частотные искажения максимальны. Для устранения этого недостатка с выхода широкополосного усилителя на его вход через частотнозависимую цепь положительной обратной связи W и сумматор 11 подается сигнал, пропорциональный частоте входного напряжения. Так как выходное напряжение широкополосного усилителя всегда равно эффективному значению напряжения образцового источника, то при различных входных сигналах напряжение обратной связи одно и то же. Это значит, что при малом входном сигнале влияние обратной связи максимально, в то же время частотные искажения, вносимые широкополосным усилителем с регулируемым усилением, минимальны. Таким образом, введение положительной

амплитудно-частотно-зависимой обратной связи и применение широкополосного усилителя с двумя входами регулирования позволяют получить высокую точность преобразования в широких динамическом и частотном диапазонах.

Предмет изобретения

Масштабный преобразователь напряжения с автоматической регулировкой и запоминанием коэффициента передачи, содержащий щирокополосный усилитель с регулирующим элементом, компарирующий преобразователь, вход которого через коммутатор подключен к источнику образцового напряжения и выходу

широкополосного усилителя, цепь обратной

связи, один вход которой подключен к ВЫХОД)

компарирующего преобразователя, а другой- к фиксирующему элементу калибровки и через ключ - к выходу цени обратной связи, и запоминающий элемент, соединенный с управляющим входом регулирующего элемента щирокополосного усилителя и через коммутирующий элемент - с выходом цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расщирения частотной полосы и уменьщения погрешности

преобразования, он содержит дополнительные регулирующий элемент в щирокополосном усилителе и запоминающий элемент, сумматор и цепь положительной обратной связи, вход которой подключен к выходу широкополосного усилителя, а выход через сумматор соединен со входом широкополосного усилителя, другой вход сумматора подключен ко входу всего устройства, а выход дополнительного запоминающего элемента через коммутирующий элемент соединен с выходом цепи обратной связи.