Активный масштабный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 G01R27/02 G01R13/00 

(54) АКТИВНЫЙ МАСШТАБНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измеритель ной технике, а именно к устройствам активного масштабного преобразования электрических сигналов, например к измерительным усилителям напряжения, и может быть использовано в системах автоматического управления. Известны активные масштабные преобразователи, например напряжения, построенные: на основе усилителя с отрицательной обратной связью J Недостатком этих преобразователей является то,что требования максималь ных точности и усиления вступают в противоречие, точность-снижается за счет эффекта двунаправленности обратной связи. Кроме того, преобразователи, использунщие отрицательную обратную связь, способны компенсировать дестабилизирующие воздействия .лишь в небольших пределах и оказываются неработоспособными или характеризуются низкими показателями в условиях на чальной неопределенности. Наиболее близким по технической сущности к предлаг;аемому является активный масштабный преобразователь, выполненный в виде усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, в котором межд.у входом основного усилительного каскада и вход ным контуром (сумматором) включен дополнительный усилительный каскад 2J. Однако в таком преобразователе также отсутствует компенсация эффекта двунаправленности обратной связи, что не позволяет достичь необходимой точности и быстродействия. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Эта цель достигается тем, что в активном масштабном преобразователе, содержащем усилитель с цепью последовательной и (или) параллельной обратной связи по току и (или).напряжению, образованной делителем напряжения, включающим опорный импеданс и импеданс обратной связи, один из элементов 3 цепи обратной связи выполнен в виде преобразователя импеданса. При этом активный масштабный преобразователь может быть выполнен содержапшм управ ляющим генератор, блок сравнения, на пример фазочувствительный выпрямител с фильтром нижних частот на выходе, причем выходы генератора соединены с одним из входов блока сравнения и управляющим входом усилителя, другой вход блока сравнения соединен со вхо дом масштабного преобразователя, а в ход блока сравнения соединен с управляющим входом элемента преобразователя импеданса, определяющего разновесие в депи, например усилителя преобразователя импеданса. На чертеже показан пример структурной блок-схемы предложенного активного/ масштабного преобразователя. Масштабный преобразователь содержит усилитель 1 с коэффициентом передачи К, к входу .которого подключен опорный импеданс, например резистор с сопротивлением RQ, а выход которого соединен с преобразователем 3 импеданса, состоящим из усилителя 4 с коэффициентом передачи К, охваченного обратной связью через резистор 5 с сопротивлением Яц, последовательно соединенным с резистором 6, с сопротивлением R, причем преобразователь 3 импеданса, подключенный через резистор 7 с сопротивлением RQ. на вхо усилителя 1, образует отрицательную обратную связь по напряжению, к управляющему входу усилителя А подключен блок 8 сравнения, один вход кото рого через резисторы 7 и 2 соединен с входом-масштабного преобразователя а другой вход соединен с выходом управляющего генератора 9, другой выход которого подключен к управляющем входу усилителя 1, блок сравнения мо жет быть вьшолнен при этом в виде фазочувствительного выпрямителя с фильтром нижних частот на выходе.. Работа масштабного преобразовател определяется следующими соотношения.ми Коэффициент масштабного преобразования усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напря жению определяется известным .23 выражениемс J2P 1 - (1/К)ч R« 1 -ь (1/К где 1/р 2/Roo; Jop ROC L l/Pi RO R R г , г г R г ROC о и И R г - соответственно входное и выходное сопротивления усилителя 1; . )с сопротивления в цепи обратной связи усилителя 1. При реализуемых условиях Ro«R, г « R, г « R выражение (1) может быть представлено в виде - (,, ROC K ROОтносительная чувствительность преобразователя к изменениям коэффициента К усилителя 1 определяется зависимостью ..(5) 3S К . () (r-Rjj KXr.Rocl-Ro--VjK) из которой при задании Mjf - О получается, что ()() 0 Решениями этого уравнения являются -RO (5) - (6) Подстановка выражений (5) и (6) в уравнекяе (2) определяет значение S, инвариантное к вариациям параметров в соответствии с зависимостями (7) ROC/о Таким образом, при выполнении одного из сопротивлений цепи обратной связи в виде преобразователя, в данном случае инвертора импеданса, достигается параметрическая инвариантность устройства, В изображенной на чертеже схеме при KS-7 1, Ro+ г/(1 - к ) О, где г - выходное сопротивление усилителя 4, Яц г , Кц RoC, при которых и ROC RM/ реализуется соотношение S -- - - (8а) RO - о где R....-- входное сопротивление имел п педанса. Рассмотрим влияние нестабильности (Ту, значения К на S. Для этого Rg-y. представим в виде соотношения -R.,.,(HdVi)(9) BXW K() подстановка которого в уравнение (2) определяет выражение s .|ai(U(f), (10) j, (Г„{н-)/(К41) d X. . (,1) /(К + 1) При вариациях значения К, обусловленного воздействием управляющего генератора 9 на .усилитель 1, относительное изменение выходного сигнала буде определяться зависимостью 9S S S КЭК S к-.исГи где AS /S ДК/К - относительные изменения коэффициента преобразования и коэффициента передачи соответственно усилителя 1. Из уравнения .12 следует, что при 0ц О вариации параметра К не оказывают влияния на выходной сигнал, а пр (f : О переменная составляющая сигнал с частотой управления будет изменять свое значение и фазу относительно сиг нала управления в зависимости от знач ния и знака (Гц. Поэтому выходной сигнал в блоке 8 сравнения, представляющем собой, например, фазочувствительный выпрямитель, воздействует после оценки его фазы относительно сигнала генератора 9 на управляющий вход усилителя 4 преобразователя 3 импеданса до наступления равновесия, опредедяющего равенство Ои 0. При этом реали зуются соотношения (В) и (Sa.). Таким образом, в предложенном активном масштабном преобразователе осу ществляется параметрическая инвариант ность, т.е. независимость результатов преобразования от изменения параметров, что позволяет повысить точность и быстродействие устройства. Указанные свойства преобразователя могут быть использованы и при осущест 87528 5 влении в схеме положительной обратной связи, что позволяет существенно увеличить коэффициент усиления. Возможно использование предложенного преобразователя в виде преобразователя электрического сопротивления, при этом RQJ, выступает в роли преобразуемого сопротивления. Формула изобретения 1.Активный масштабный преобразователь, содержащий усилитель с цепью последовательной и (или) параллельной обратной связи по току и (или) напряжению, образованной делителем напряжения , включающим опорный импеданс и импеданс обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности и.быстродействия масштабного преобразования, по крайней мере, один из элементов цепи обратной связи выполнен в виде преобразователя импеданса. 2.Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что он содержит управляющий генератор, блок сравнения, например фазочувствительный выпрямитель с фильтром нижних частот на выходе, причем выходы генератора соединены с одним из входов блока сравнения и управляющим входом усилителя, другой вход блока сравнения соединен с входом масштабного преобразователя, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом элемента преобразователя импеданса, определяющего равновесие в цепи, например усилителя преобразователя импеданса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Волгин Л.И. Линейные измери- тельные преобразователи для измерительных приборов и систем. М., Сов. радио, 1971, с. 53-66. 2.Авторское свидетельство СССР 253235, кл. Н 03 F 1/34, 1971 (прототип).