Устройство для воспроизведения переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/00 H03B21/00 

) УСТРОЙСТВО для ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при разработке эталонов и образцовых мер напряжения постоянного и переменного тока инфразвуковых и звуковых часто а также при создании устройств переноса высокочастотного спектра в спектр низких частот без искажения формы напряжения и фазовых соотношений . Известно устройство для воспроизведения переменного, напряжения, работающее по принципу ступенчатой аппроксимаций заданной функции, вы ходного напряжения и содержащее в честве основных углов цифроаналоговый преобразователь и блок сравнения ij Недостаток этого устройства зак лючается в низкой точности воспроизведения из-за конечного числа эл ментов, участвующих в задании дисНАПРЯЖЕНИЯкретных значений функции выходного сигнала. Наиболее -близким по технической сущности к изобретению является устройство для воспроизведения переменного напряжения, основанное на частотном преобразовании воспроизводимого напряжения высокой частоты напря ; ением регулируемой низкой частоты и содержащее, в частности, низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра низких частот 2. Недостаток известного устройства, также связан с малой точностью воспроизведения, обусловленной нестабильностью входящего в состав устройства смесителя и неравномерностью амплитудно-частотной характеристики перестраиваемого фильтра нижних частот. Цель изобретения - повышение точности воспроизведения измерительного устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для воспроизведения переменного напряжения, содержащее низкочастотный генератор, фильтр ниж них частот, усилитель, установленный на выходе фильтра нижних частот, вве дены блок опорного напряжения, выпрямитель, два ключа и дополнительные низкочастотный генератор, фильтр нижних частот и усилитель, оба низко частотных генератора выполнены с линейно изменяющимися выходными напряжениями, а оба усилителя - с дифференциальными входами, причем выход ; блока опорного напряжения соединен с питаш1ими входами обоих ключей, -входы первого усилителя подключены к входу устройства и выходу первого низл рчастотного генератора, а выход через один из ключей - к входу пер- вого фильтра нижних частот, выход вт рого низкочастотного генератора соединен с соответствующим входом второго усилителя, выход которого через другой ключ подключен ко входу второго фильтра нижних частот, питающий вход первого низкoчacтotнoгo генератора через выпрямитель соединен со входом устройства, а питающий вход второго низкочастотного генератора подключен к выходу блока опорного напряжения. .На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для воспроизведения переменного напряжения; на фиг; 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу. В состав устройства входят низкочастотные генераторы 1 и, 2 с линейно изменя)01(имися выходными напряжениями, дифференциальные усилители 3 и i, фильтры нижних частот 5 и 6, ключи 7 и 8, выпрямитель 9.блок to опорного напря хения. Фильтр нижних частот 5 выполняется с исключением постоянной составляющей сигнала (для отображения отмеченного конструктивного признака на схеме поено .в качестве самостоятельного блока показан рг зделительный конденсаторный элемент 11). Кроме того, по .зицией t2 обозначен высокочастотный генератор воспроизводимого переменного напряжения. На фиг. 2 а-е отмечены воспроиз- I водимое высокочастотное переменное напряжение 13 с периодом Тцд, первое низкочастотное линейно изменяющееся напряжение 1 с периодом Т, последовательность прямоугольных широтно-модулированных импульсов 15, стабилизированных по уровню постоянного опорного напряжения Е, низкочастотное напряжение 16, представляющее собой обратную функцию напряжения 13. нулевой уровень 1 напряжения 16, второе низкочастотное линейно, изменяющееся напряжения 18 с периодом симметричное относительно уровня 17, последовательность прямоугольных широтно-модулированных импульсов 19, также :табилизированных по уровню постогТнного опорного напряжения ЕО, выходное переменное напряжение 20 с амплитудой Ufn, выходное постоянное напряжение 21 с уровнем Ufj, равным U|. Диаграммы на фиг.2 аизображены в масштабе времени t , а диаграммы на фиг.2 г-е - в масштабе nt, т.е. в масштабе времени, уплотненном в п раз. Работа устройства происходит следующим образом. |, Стабилизированное высокочастотное напряжение 13 (фиг.2,а), поступающее с выхода генератора 12, сравнивается с низкочастотным линейно изменяющимся напряжением 1А тай же амплитуды,, вырабатываемым генератором 1 при участии выпрямителя 9. Путем усиления и двухстороннего ограничения амплитуд в усилителе 3 осуществляется широтно-импульсная моду.пяция результатов сравнения. В те моменты времени, когда мгновенные знамения напряжения 13 превышают напряжение Н, формируются импульсы положительной полярности, а в остальные моменты времени - паузы, причем сумма длительностей импульса и паузы соответствует периоду Т. С помощью ключа 7 и блока 10 опорного напряжения широтно-модулированные импульсы стабилизируются по уровню постоянного опорного напряжения Е (фиг.2,б). Далее из импульсной последовательности 15 посредством, например, разделительного конденсаторного элемента 11 и фильтра 5 выделяется низкочастотное напряжение 16 Сфиг.2,в), симметричное относительно нулевого уровня 17. Это напряжение как уже отмечалось, представляет сот 5 бой обратную функцию напряжения 13 (в данном случае arcsin) и имеет размах, равный EQ. Напряжение 16 сравнивается с низкочастотным линей но изменяющимся напряжением 18. той же амплитуды (фиг,2,г), вырабатывае мым генератором 2. Путем усиления и двухстороннего ограничения амплитуд в усилителе k осуществляется широтно-импульсная модуляция результатов сравнения. Напряжение (импульс) на выходе усилителя k управляет работой ключа 8. С помощью ключа 8 и блока 10 опорного напряжения широтно-модулированные импульсы стабилизируются по уровню постоянного опор ного напряжения EQ(фиг.2,д). Далее из импульсной последовательности 19 посредством фильтра 6 выделяется ни кочастотное напряжение 20 (фиг.2,е) форма которого повторяет форму напряжения 13. Следует отметить, что устранение постоянной составляющей напряжения 1б и формирование таким образом сравниваемых напряжений 1б и 18, симметричными относительно одного и того же нулевого уровня 17, в ряде случаев может оказаться нерациональным. При наличии постоянной сое тавляющей напряжения 16 напряжение 18 следует формировать симметричным относительно уровня f.Q/2, Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить точность воспроизведения переменного напряжения и его стабильность, особенно в области инфразвуковых частот, за счет использования принципа широко-импульсной модуляции совместно с блоком опорного постоянного напряжения. 36 Формула изобретения Устройство для воспроизведения переменного напряжения, содержащее низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра нижних частот, отличающееся тем, чта, с целью повышения точности воспроизведения, в него введены блок опорного напряжения, выпрямитель, два ключа -и дополнительные низкочастотный генератор, фильтр нижних частот и усилитель, оба низкочастотных генератора выполнены с линейно изменяющимися выходными напряжениями, а оба усилителя - с дифференциальными входами, примем выход блока опорного напряжения соединен с питающими входами обоих ключей, входы первого усилителя подключены к входу устройства и выходу первого низкочастотного генератора, а выход через один из ключей - к входу первого фильтра нижних частот, выход второго низкочастотного генератора соединен с соответствующим входом второго усилителя, выход которого через другой ключ подключен ко входу второго фильтра нижних частот, питающий вход . первого низкочастотного генератора через вьктрямитель соединен со.входом устройства, а питающий вход второго низкочастотного генератора подключен к выходу блока .опорного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кончаловский В. Д. и др. Электрические измерительные преобразователи, М-.Л., Энергия, 1967, с.ЗОЗ307. 2.Лозицкий Б.И. и Мельниченко И.И. Электрорадиоизмерения. М., Энергия 1976, с. 141.