Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R19/02 

(54)

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в точных аналоговых и аналого-цифровых преобразователях переменного напряжения по уровню среднеквадратического значения, с линейной передаточной характеристикой.

Известны линейные преобразователи среднеквадратических значений переменного напряжения, реализованные по методу взаимообратных преобразований и содержащие последовательно соединенные квадратор и корнеизвлекатель, выполнений на основе усилителя постоянного тока, в шпь отрицательной обратной связи кото- j рого включен квадратор, аналргичный входному l3 .

Недостатком известных устройств JTOляется то, что расширение частотного диапазона в сторону нижних частот воз- 20 можно за счет ухудшения быстродействия щюобразователя, а уменьшение погрешноста от нелинейности возможно за счет увеличения коэффициента усиления усилителя

постоянного тока, который в общем случае ограничен.

Наиболее .близким к изобретению по технической сущности является линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого через резистор соединен с его выходом, через один квадратор - с входной шиной, через другой квадратор - с выходной шиной, ограничитель полярности, включенный между выходом усилителя постоянного тока в выходной шиной, и конденсаторы, включенные на выходах квадраторов и образующие фильтры нижних частот совместно с сопротивлением каналов транзисторов ,

Однако расширение частотного диапазона в сторону нижних частот возможно за счет ухудшения быстродействия преобразователя. частотах входного сигнала, соизмеримых с частотой среза входЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ ЗНАЧЕНИЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

39458154

ного квадратора, на его выходе появпяют- ния содержит четыре квадратора, выполся переменные составляющие напряжения - ненных на полевых транзисторах 1 - 4, одна совпадающая по частоте с входным сигналом, а другая - удвоенной частоты, причем преобладающей является именно составляющая, совпадающая по частоте с входным сигналом. Для уменьшения этой переменной составляющей напряжения, которая присутствует и на выходевсего преобразователя, необходимо уменьшать частоту среза входного квадратора либо усилителя постоянного тока, что ведет к ухудщению быстродействия преобразователя и нелинейности характеристики преобразования. Цель-изобретения - повышение быстродействия и линейности характеристики пре образователя в широком диапазоне рабо- .чих частот. Поставленная цель достигается тем, что в линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения, содержащий два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, усилител постоянного тока, инвертирующий вход которого соединен через резистор с его выходом, через один квадратор - с входной шиной, через другой квадратор - с выходной шиной, ограничитель полярности, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход - с выходной шиной, и конденсатор, один вьгоод которого соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, введены два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, и инвертирующий усилитель постоянного тока, выход которого через первый резистор соединен с его входом, а через второй резистор с инвертирующим входом усили еля постоянного тока, причем входная шина соединена с выводами истока первого полевого транзистора и стоком второго, выходная шина соединена с вьгоодами стока третьего полевого тран зистора и истока четвертого, инвертирующий вход усилителя постоянного тока соединен с выводами стока первого полевого транзистора п истока третьего, вход инвертирующего усилителя постоянного тока соединен с выводами истока второго полевого транзистора и стоком четвертого, а второй вывод конденсатора соединен с выходом усилителя постоянного тока. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого линейного преобразователя. Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряже истоки которых соединены с затворами, исток первого полевого транзистора и сток второго соединены с входной шиной, сток третьего полевого транзистора и исток четвертого соединены с выходной шиной, ограничитель 5 полярности, выход которого соединен с выходной шиной, а вход с выходом усилителя 6 постоянного тока, инвертирующий усилитель 7 постоян-. „ого тока, выход которого через резистор 8 соединен с инвертирующим входом усилителя 6, стоком полевого транзистора I и истоком полевого транзистора 3, а через резистор 9 с входом усилителя 7, истоком полевого транзистора 2 и стоком полевого транзистора 4, причем первые выводы резистора 1О и конденсатора 11 соединены с инвертирующим входом усилителя 6, а их вторые выводы - с его выходом. Преобразователь работает следующим образом. На вход преобразователя поступает переменное напряжение Ux Учитывая, что потенциалы входов усилителей 6 и 7 равны нулю, токи через полевые транзисторы можно представлять в виде -. I. Ч- 4UвblX-Ч Jвb.x, где UOL.W - выходное напряжение преобразователя ; О-иЪ- константы, связанные с параметрами i-го транзистора. На вход усилителя 6 поступает алгебраическая сумма токов I..,,e)I.,)l4, (5) где коэффициент передачи инвертора - тока, представляющего собой последовательно соединенные инвертирующий усилитель тока 7 и резистор 8. Выходное напряжение О pjji преобразоватепя равно | Bb,)4Tfe--Ti4(P) (6) где KC - коэффициент передачи усилителя 6 ; Я U С - элементы цепи обратной связи усилителя б (рюзИстор 10 и конденсатор 11), Для режима статики .х- 1 х 5н-аг 7,в)-и(Ь,) Ш()1ь(.)Ч Из полученного выражения видно, что при вьшолнении условия ,(.-.0(8) в выходном напряжении отсутствует переменная составл1пошая напряжения, совпа- дакяцая по частоте с входным напряже кием, т. е. U(ai-a2K7,b)--0 (9) Кроме того, при вьшолнении условия )Kfe-v (/о; выражение (7) упрощается i-bjK e) --ивьк (. (11) откуда . - II --/и - Ьч- ЬаК78 -II / ilfel Bb. ъ, .Ь4 , - t /.И1) Таким образом, постоянное напряжение Ufibix выходе преобразователя линейно связано со среднеквадратическим значением входного напряжения . Предлагаемый преобразователь позволяет расширить частотный диапазон в сторону нижних частот без ухудшения быстро действия преобразователя. Действительно, уменьшение переменной составляющей, совпадающей по частоте с входным сигналом, достигается не за счет уменьшения частоты среза квадратора либо УПТ, а за счет изменения коэффициента передачи К 7,8 до вьшолнения условия (8). Повышение линейности .достигается за счет изменения коэффициента передачи до вьшолнения условия (Ю), пр1гчем идеальная линейная зависимость достигается при конечном значении Kg, Формула изобретения Линейный преобразователь среднеквад- ратических значений переменного напряже ния, содержащий два квадратора, вьшол- ненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, усилитель постоянного тока, инвертирующий вход которого соединен через резистор с его выходом, а через один квадратор - с входной шиной, через второй квадратор с выходной шиной, ограничитель полярности, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выхол - с выходной шиной, и конденсатор, один вывод которого соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности и быстродействия, в него введены два квадратора, выполненных на полевых транзисторах, затвор которых соединен с истоком, и инвертирующий усилитель постоянного тока, выход которого через переый резистор соединен с его входом, а через второй резистор с инвертирующим входом усилителя постоянного тока, причем входная шина соединена с выводами истока первого полевога транзистора и стоком второго, выходная шина соединена с выводами стока третьего полевого транзистора и истока четвертого, инвертирующий вход усилителя посто$ганого тока соединен с , выводами стсжа первого полевого транзистора и истока третьего, вход инвертирующего усилителя постоянного тока соединен с выводами истока второго полевого транзж:тора к стоком четвертого, а второй вывод конденсатора соединен с выходом усилителя постоянного тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельстао СССР № 1О7984. кл, G01R 19/О2. 2.ftEo№il ewtouraK.,b1iermer J. Dasneue tteitbcwflioBs AAiVrovottvweter-mit E eXtA4MertgCeicbtuna-.Neues vor ЯоЫе Г4В ,вЛ-«- 4.