Калибратор переменных напряжений Советский патент 1981 года по МПК G05F1/44 

Изобретение Относится к электротехнике и может-быть использовано в цепях питания различной радиотехнической аппаратуры. Известен калибратор, содержащий коммутатор, через который поочередно с частотой f поступает на измерительный преобразователь измеряемое и образцовое напряжения. С выхода преобразователя сигнал поступает на усилитель и синхронный детектор, к выходу которого подключен низкочастотный фильтр tl . Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является калибратор, содержащий задающий генерг тор, выход которого через регулирую щее звено подключен к усилител{о мощ ности, образцовую меру напряжения, выход которой соединен с первым вхо дом электронного коммутатора, второ вход которого подключен к выходу ус лителя мощности и выходной клемме, выход электронного коммутатора чере последовательно соединенные согласу щий усилитель, измерительный преобразователь и электронный усилитель подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого чере интегратор соединен сГ управляемым входом регул1фующего звена, причем интегратор выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных резистора и усилителя на.пряжения, зашунтированного К9нденсатором, и генератор опорной частоты, выход которого подключен к третьему входу электронного коммутатора и ко второму иходу синхронного детектора 21. Недостатком известных устройств является большая длительность переходного процесса. Цель изобретения - уменьшение длительности переходного процесса калибратора. Поставленная цель достигается тем, что в известный калибратор переменного напряжения введены двусторонний ограничитель напряжения и резистивный делитель напряжения, причем точка соединения усилителя напряжения и резистора интегратора подсоединена ко входу резистивного делителя напряжения, а его выход через двусторонний ограничитель напряжения подключен к выходу синхронного детектора. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый калибратор; на фиг. -2 диаграммы напряжений. Калибратор переменных напряжений содержит задающий генератор 1, регулирующее звено 2, усилитель 3 Moujaoc ти, компаратор 4 действующего значения напряжения, который состоит из электронного коммутатора 5, согласую -щего усилителя 6, измерительного пре образователя 7 действующего значения напряжения (например, фотоэлектричес кого преобразователя напряжения на базе маломощной лампочки накаливания и фотодиода), электронного усилителя 8, синхронного детектора. 9, интегратора на базе резистора 10, . усилителя 11 напряжения и конденсатора 12, диодного ограничителя напрях ения на диодах 13 и 14 и резистивного делителя напряжения на резисторах 15 и 16, генератора 17 опор .ной частоты и образцовую меру 18 напряже ний. . При этом, выход задающего генератора 1 подсоединен ко входу регулирующего звена 2, а выход регулирующе го звена - ко-входу усилителя 3 мощное . В компараторе 4 входы электронного коммутатора 5 подключены к выходу усилителя 3 мощности и к образцовой мере 18 напряжения. Выход электронного коммутатора подсоединен ко входу согласующего усилителя 6, а его выход подключен к электронному усилителю 8 через измерительный преобразователь 7 действующего значения напряжения. Выход электронного усилителя подсоединен ко входу интегратора через синхронный детектор 9. Ре зисторы 10, 15 и 16, диоды 13 и 14, конденсатор 12 и усилитель 11 напря жения образуют интегратор. Причем, общая точка соединения резистора 10, конденсатора 12 и инвертирующего входа усилителя 11 напряжения подсоединена ковходу введенного резистив ного делителя напряжения на резисторах 15 и 16. В свою очередь, выход резистивного делителя через диодный ограничитель напряжения на диодах 13 и 14 подсоединен к выходу синхронного детектора 9. Генератор 17 опорной частоты подключен к электронному коммутатору 5 к синхронному детектору 9. Выход интегратора подсоединен к управляющему ВХОДУ регулирующего звена 2 . Калибратор переменных напряжений работает следующим образом. Пусть напряжение (i с выхода усилителя 3 мощности калибратора переменного напряжения в результате возмущающего воздействия не равно выход ному напряжению UQ образцовой меры 18 напряжения, т.е. U Q Тогда н выходе измерительного преобразователя 7 действующего значения напряжения получают приращение напряжения &4f которое после усиления усилителем 8 подается на вход синхронного детектора 9. Ма выходе синхронного детектора 9 присутствует выпрямленное пульсирующее напряжение дО . После фильтрации напрях ения ди интегратором на его выходе получают постоянное напряжение ли , величина которого пропорциональна отклонению Uj по отношению U . Это напряжение, поступая на управляющий вход управляющего звена 2, регулирует напряжение на входе усилителя 3 мощности таким образом, чтобы выходное напряжение усилителя 3 мощности равнялось напряжению образцовой меры 18. Величина постоянной времени интегратора выбирается из допустимого уровня пульсаций на его выходе. Чем меньше допустимый уровень пульсаций на выходе интегратора, тем больше должна быть постоянная времени интегратора . В то же время, для уменьшения длительности переходного процесса калибратора напряжения постоянную времени интегратора надо уменьшить. Возникающий переходный процесс калибратора при изменении выходного уровня напряжения, например при переключении поддиапазона частоты, разбивается на два уровня напряжения. Первый уровень напряженит обозначим и , а второй уровень напряжения UOCT (фиг. 2). Максимальная амплитуда изменения напряжения, поступающая на вход интегратора равна -и + При максимально допустимом уровне зменения выходного напряжения каибратора, сохранении работоспособости компаратора, уровень напряжеия выбирают значительно больше ровня Uo(..,T.e. и., UPCT Причем, апряжение Ц, отрабатывают со скоостью, значительно большей, чем корость изменения напряжения . Как видно из фиг. 1 выходное наряжение синхронного детектора 9 на нвертирующий вход усилителя 11 постуает через резистор 10 и через двуторонний ограничители на диодах 13 14 и резисторе 15 (фиг. 1). Постоянная времени t, интегратора, бразуемая резистором 10 и конденсаором 12, равна .) ) де - сопротивление резистора 10; С - емкость конденсатора 12. Постоянная времени Т интегратоа, образуемая резисторами 15 и 16 конденсатором 12, равна % ( + Vfe )-Ча . (2) де R - сопротивление резистора 15; R , - сопротивление резистора 16. Сопротивление резистора 16 выбират из условия необходимости обеспечеия величины тока 1-2 МА через диоды 3 и 14 в открытом состоянии для надежной из работы в качестве электро ных ключей, Сопротивление резистора 15 много больше сопротивления резистора 16, т.е. R / поэтому ТГа. % (3) Уровень ограничения двустороннег последовательного ограничителя напр жения на диодах 13 и 14 определяетс практически их напряжением отсечки которое для германиевых диодов, сост ляет 0,1-0,12 В, а для кремниевых диодов примерно равно 0,5-0,6 В. Эт объясняется тем, что в интеграторе потенциал инвертирующего входа близ к потенциалу шины земля, следовательно, уровень ограничения примерн равен напряжению отсечки используемых диодов 13 и 14. В компараторе должно выполняться условие f2(Ц) Тогда при малом уровне пульсации на выходе синхронного детектора 9 диод 13 и 14 заперты, и постоянная времени интегратора практически определяется f . При больших возмущениях выходног напряжения калибратора напряжения увеличивается уровень пульсаций на выходе синхронного детектора 9. По достижении амплитудой пульсаций . уровня напряжения отсечки диодов 13 и 14 они открываются, и выходное на пряжение синхронного детектора 9 поступает через резистор 15 на инвертирующий вход усилителя 11. Таким образом, при больших изменениях выходного уровня калибратора переменных напряжений, напряжение с выхода синхронного детектора поступает на инвертирующий вход усили теля 11 как через резистор 10, так через диоды 13 и 14 и резистор 15, Скорость нарастания выходного н-а пряжения интегратора практически определяется постоянной времени Т - Р Ю л . экв- RO + R5 которая меньше Т и и . Благодаря этому, увеличивается .скорость нарастания выходного напря жения электронного усилителя 8, а, следовательно, сокращается длительность переходного процесса. Как только выходное напряжение калибратора достигает уровня напряжения, близкого к образцовой мере 18, выходной уровень напряжения синхронного детектора уменьшается . и, по мере того, как он станет рав ным или меньше напряжения отсечки диодов 13 и 14 они выключаются. Нач ная с этого момента фильтрация выходного напряжения синхронного дете тора 9 будет происходить с постоянной времени t, определяемой соотношением (1) . На фиг. 2а приведена эпюра напряения, поступающего с выхода синхронного детектора на вход интегратора. ак видно из этой эпю -ы в течение ремени когр, ьходной уровень напряжения не превышает порога отпирания и (JTC последовательного двустороннего ограничителя, скорость изменения выходного напряжения интегратора Ijxj определяется постоянной времени C-j . Эпюра напряжения для этого случая приведена на фиг. 2б. При входном напряжении интегратора U, отс. момент времени ц t., включается последовательный двусторонний ограничитель напряжения. На его вход поступает напряжение U. Скорость изменения напряжения интегратора только для напряжения определяется постоянной времени f. Эпюра этой скорости изменения напряжения со временем показана на фиг. 2в. Результирующая скорость изменения выходного напряжения интегратора для момента времени t показана на фиг.. 2г и определяется постоянной времени ,д- Для момента времени t -t скорость изменения выходного напряжения определяется постоянной времени к . , . . Скорость изменения выходного напряжения интегратора на фиг. 2г выше, чем на фиг. 26. Формула изобретения Калибратор переменных напряжений, содержа1ций задающий генератор, выход которогочерез регулирующее звено подключен к усилителю мощности,-образцовую меру напряжения, выход которой соединен с первым входом электронного коммутатора, второй вход которого подключен к выходу усилителямощности и выходной клемме, а выход электронного коммутатора через последовательно соединенные согласуют щий усилитель, измерительный преобразователь и электронный усилитель подключен к первому входу синхронного детектора, выход которого через интегратор соединен с управляемые входом регулирующего звена, причем интегратор выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных резистора и усилителя напряжения, зашунткрованного конденсатором, и генератор опорной частоты, выход которого подключен к третьему входу электронного коммутатора и ко второму входу синхронного детекира, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности переходного процесса, в него введены двусторонний ограничитель напряжения и резистивный делитель напряжения, причем точка соединения усилителя напряжения и резистора интегратора подсоединена ко входу резистивного делителя напряжения, а его выход через двусторонний ограничитель напряжения подключен к выходу синхронного детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Скрипник Ю. Л. Методы преобразования и выделения измерительной информации из гармонических сигналов.

|К., Наукова думка, 1971. с.55, рис. 11, а.

2.Калибратор 745 А. Проспект фирмы Hew)ett-Packarol, 1968.