Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/02 

(5) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в точных аналоговых и аналого-цифровых системах.

Известен линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения, реализованный по методу взаимообразных преобразований и содержащий последовательно соединенные входной квадратор и корнеизвлекатель, выполненный на основе усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен обратный квадратор, аналогичный входному п.

Недостаток известного устройства заключается в повышенном напряжении шумов на его выходе. Это объясняется тем, что в цепь обратной связи усилителя постоянного тока входит фильтр нижних частот квадраторы,и в качестве которых используются термопреобразователи, можно представить в виде нераздельного .соединения квадратоpa по мгновенным значениям и фильтра нижних частот). Следовательно, для спектральных составляющих шума, превышающих частоту среза фильтра, коэффициент усиления определяется коэффициентом усилителя постоянного тока, т.е. ко фициентом усиления разомкнутой системы. Кроме того, динамические свойства известного устройства зависят от соотношения между пос10тоянными времени квадраторов и усилителя постоянного тока. Апериодический переходный процесс возможен лишь в случае равенства постоянных времени прямого и обратного квадраторов,

ts в противоположном случае переходной характеристике соответствует либо не доуспокоенный периодический.режим (затухающие колебания), либо переуспокоенный режим. При большом коэффи

20 циенте усиления усилителя постоянного тока из-за наличия двух постоянных времени в петле обратной связи врзможна потеря устойчивости. 39 Наиболее близким к изобретению является линейный преобразователь среднеквадратического значения, содержащий два квадратора,выполненных на полевых транзисторах, у которых затвор соединен со штоком, подключенным через соответствующий конденсатор к шине нулевого потенциала, усилитель постоянного тока, выход которого связан с выходной клеммой , устройства, один из входов подключен к источнику транзистора первого квад ратора, связанного по стоку со вход.ной клеммой устройства, а другой вход к источнику транзистора второго квадратора, модулятор сигнальный вход которого подключен с выходом усилителя постоянного тока, а вы ход - со стоком транзистора второго квадратора, генератор импульсов, выход которого подключен к управляющем входу модулятора ,2J. Каждый из квадраторов указанного преобразователя представляет собой двухполюсник (исток и затвор полевого транзистора соединены), причем установленный на выходе двухполюсника конденсатор совместно с сопротивлением канала полевого транзистора образует фильтр нижних частот. Таким образом, и в данном случае наличие фильтра нижних частот в квадраторе, включенном в цепь обратной связи пре образователя, обуславливает иевысо кую точность преобразован-ия из-за большого уровня шумов на выходе устрбйства. Динамические свойства известного преобразователя определяютс соотношениями постоянных времени ква раторов и усилителя постоянного тока, как, что его устойчивая работа не мо жет быть гарантированной. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости подобного измерительного устройства. Поставгзнная цель достигается тем что в линейном преобразователе среднеквадратического значения переменно го напряжения, содержащем два квадра тора, выполненных на полевых транзис торах, у которых затвор соединен с истоком, усилитель постоянного тока, выход.которого связан с выходной кле мой устройства, а один из входов под ключен к источнику транзистора перво го квадратора,-связанного по стоку со входной клеммой устройства, модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя постоянноО тока, генератор импульсов, выход оторого подключен к упра.вляющему ходу модулятора, усилитель пбстоян-. ого тока выполнен интегрирующим, прием .упомянутый вход усилителя дополнительно подключен к стоку транзистора второго квадратора, исток которого связан с выходом модулятора, а другой вход усилителя соединен с шиной нулевого потенциала. На чертеже представлена функциональная схема предложенного линейного преобразователя среднеквадратического значения переменного напряжения. Устройство содержит входной квадратор 1 и обратный квадратор 2, выполненные на полевых транзисторах, у которых затвор соединен с исто-, ком. В состав преобразователя входят также интегрирующий усилитель 3 с конденсатором k и резистором 5 в цепи обратной связи, модулятор 6 и генератор 7 импульсов. На схеме отмечены, кроме того, входная 8 и выходная Э клеммы устройства, а также шина 10. нулевого потенциала. Работа устройства происходит следующим образом. При переменном напряжении U на вход преобразователя через полевой транзистор входного квадратора 1 протекает ток стока 3(; , определяемый в соответствии с формулой . 1,ч ( 30. i Оси - напряжение между стоком и истоком транзистора; U- - напряжение между затвором и истоком транзистора; Q(j - .проводимость канала транзистора в нулевой точке .) U, напряжение отсечки (.абсолютная величина). Поскольку потенциал входа интегрирующего усилителя 3 равен нулю, то UCH и,(. Учитывая также, что , выражение.(1) можно упростить .«o.- x-4-G, 1 w. Пульсирующий ток Зс протекая по резистору 5 обратной связи усилителя 3, обеспечивает на выходе усилителя постоянное напряжение 8bjx OC-5c, (3) где среднее за Период значения toKa ROC сопротивление резистора 5 Поскольку среднее значение U рав но нулю, а среднее значение U соответствует квадрату среднеквадратичес иЬ и п . П кого значения СКб ° . Таким образом 6b.. CKfti 5) где Это напряжение подается на модуля тор 6, на выходе которого под дейст-вием генератора импульсов 7 формируется переменное напряжение с амплитудой Kv. MCHViC 8biy - коэффициент преобразования модулятора 6. Сформированное переменное напряжение подается на исток транзистора об ратного квадратора 2. б соответствии ;с () среднее значение тока стока транзистора квадратора 2 равно G Д.л г. .Л.иЧ л. (l-w abrt где «. аи 30 ао Напряжение на выходе усилителя 3 пропорционально разности токов 5. и 3, л.(Л гь ггс1-5са) « Выражение (8)можно переписать в следующем виде: ftb.y .. ..Д.. .Д./: -dv -г I WH При достаточно большом RQ, при большом усилении в прямой цепи . (усилительным параметром усилителя, охваченного параллельной обратной связью по напряжению, является сопро тивление прямой передачи - резистор BblJV W 5), составляющей можно пренебречь и тогда из (э ПОЛУЧИМ Следовательно, постоянное напряжен ние Uj,t)ivi на выходе преобразователя линейно связано со среднеквадратическим значением переменного напряжения и . . Предложенный преобразователь характеризуется повышенной точностью преобразования, поскольку в цепь отрицательной обратной связи интегрирующего усилителя 3 включен безынерционный квадратор 2,реализованный на полевом транзисторе, т.е. в цепи обратной связи отсутствует фильтр нижних частот. Следовательно, напряжение шумов на выходе преобразователя определяется коэффициентом усиления усилителя, охваченного обратной связью и, поэтому, значительно меньше, чем в известных устройствах подобного назначения. Динамические свойства данного преобразователя также являются улучшенными, т.к. и входной квадратор в нем выполнен безынерционным. Преобразовапо динамическим свойствам эквительвалентен апериодическому звену первого порядка с постоянной времени, равной постоянной времени интегрирующего усилителя 3- В связи с этим предложенное устройство будет работать устойчиво практически при любом петлевом усилении. Формула изобретения Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, у которых затвор соединен с истоком, усилитель постоянного тока, выход которого связан с выходной клеммой устройства, а один из входов подключен к истоку транзистора первого квадратора, связанного по стоку с входной клеммой устройства, модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, гене|эатор импульсов, выход которого подключен к управляющему входу модулятора, отл ичающийс я тем, что, с целью повышения точности преобразования и устойчивости

работы, в нем усилитель постоянного тока выполнен интегрирующим, причем упомянутый вход усилителя дополнительно подключен к стоку .транзистора второго квадратора, исток которого связан с выходом модулятора, а другой вход усилителя соединен с шиной ну- . левого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Волгин Л, И. Лилейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем, М., Советское радио, 1971, с. 179.2.Blankenburg К.Н. ,Schernier I. Das neue UVf.bein breitbandiges Mikrovoltmeter mit Effektivwertgleichrichtung-Neues Vcm Rohde-Scliarz

45, 1970, s. .

ч

x

JJ

f/

T

-4