MD195Y

MD195Y - Convertor de impedanta

Info

Publication number: MD195Y
Application number: MDS20090073A
Authority: MD
Inventors: Vitalie Nastas; Pavel Nicolaev
Original assignee: Universitatea Tehnica A Moldovei
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-04-30
Also published as: MD195Z

Abstract

Inventia se refera la tehnica de masurare si radioelectronica si poate fi utilizata pentru reproducerea cu precizie inalta a impedantelor flotante reprezentate in coordonate carteziene.Convertorul de impedanta contine doua etaje, fiecare fiind format dintr-o clema (1, 2), un amplificator operational (3, 4), conectat cu intrarea inversoare la clema (1, 2) respectiva, si un rezistor (5, 6), conectat cu un contact la clema (1, 2) respectiva, iar cu altul - la iesirea amplificatorului operational (3, 4). Convertorul mai contine al treilea rezistor (7), un amplificator diferential (8) cu doua intrari inversoare (9, 11) si doua neinversoare (10, 12), un defazor (15), un amplificator programabil (14), conectat cu intrarea la iesirea amplificatorului diferential (8), iar cu iesirea - la intrarea defazorului (15). Convertorul de asemenea contine un amplificator invertor (17) cu coeficient de amplificare unitar, conectat cu intrarea impreuna cu o intrare neinversoare (10) a amplificatorului diferential (8) si un contact al celui de-al treilea rezistor (7) la intrarea neinversoare a amplificatorului operational (3) al primului etaj, iar cu iesirea impreuna cu o intrare inversoare (11) a amplificatorului diferential (8) si alt contact al celui de-al treilea rezistor (7) - la intrarea neinversoare a amplificatorului operational (4) al etajului al doilea. Iesirea amplificatorului operational (3) al primului etaj este conectata la alta intrare inversoare (9) a amplificatorului diferential (8), alta intrare neinversoare (12) a caruia este conectata la iesirea amplificatorului operational (4) al etajului al doilea. Convertorul de impedanta contine suplimentar al doilea amplificator programabil (13), conectat cu intrarea la iesirea amplificatorului diferential (8), si un amplificator sumator (16), conectat cu o intrare la iesirea defazorului (15), cu alta intrare - la iesirea celui de-al doilea amplificator programabil (13), iar cu iesirea - la intrarea amplificatorului invertor (17).

Description

Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi radioelectronică şi poate fi utilizată pentru reproducerea cu precizie înaltă a impedanţelor flotante comandate în curent reprezentate în coordonate carteziene.

Cel mai apropiat după esenţă de convertorul propus este convertorul de impedanţă, care conţine două amplificatoare operaţionale, două rezistoare, fiecare fiind conectat între intrarea inversoare şi ieşirea fiecărui amplificator operaţional, un rezistor, conectat între intrările neinversoare ale acestora, precum şi un amplificator diferenţial cu două intrări inversoare şi cu două intrări neinversoare, un amplificator programabil, un defazor şi un amplificator inversor cu coeficient de amplificare unitar, toate conectate în cascadă. Amplificatorul diferenţial este conectat cu o intrare inversoare la ieşirea unui amplificator operaţional, cu alta - la ieşirea amplificatorului inversor şi la intrarea neinversoare a celui de-al doilea amplificator operaţional, cu o intrare neinversoare - la ieşirea acestuia, iar cu altă intrare neinversoare - la intrarea neinversoare a primului amplificator operaţional şi la ieşirea defazorului. Convertorul asigură reproducerea impedanţelor flotante comandate în tensiune reprezentate în coordonate polare şi cu posibilitatea reglării independente a modului şi a fazei impedanţei reproduse [1].

Dezavantajul acestui convertor constă în imposibilitatea reproducerii impedanţelor flotante reprezentate în coordonate carteziene cu posibilitatea reglării independente a componentei active a impedanţei reproduse, ceea ce împiedică utilizarea convertorului în dispozitive pentru măsurarea impedanţei în coordonate carteziene, cât şi în alte dispozitive radioelectronice, care necesită impedanţe de acest tip.

Problema pe care o rezolvă invenţia este lărgirea domeniului de utilizare a convertorului.

Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine două etaje, fiecare fiind format dintr-o clemă, un amplificator operaţional, conectat cu intrarea inversoare la clema respectivă, şi un rezistor, conectat cu un contact la clema respectivă, iar cu altul - la ieşirea amplificatorului operaţional. Convertorul mai conţine al treilea rezistor, un amplificator diferenţial cu două intrări inversoare şi două neinversoare, un defazor, un amplificator programabil, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial, iar cu ieşirea - la intrarea defazorului. Convertorul de asemenea conţine un amplificator invertor cu coeficient de amplificare unitar, conectat cu intrarea împreună cu o intrare neinversoare a amplificatorului diferenţial şi un contact al celui de-al treilea rezistor la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional al primului etaj, iar cu ieşirea împreună cu o intrare inversoare a amplificatorului diferenţial şi alt contact al celui de-al treilea rezistor - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional al etajului al doilea. Ieşirea amplificatorului operaţional al primului etaj este conectată la altă intrare inversoare a amplificatorului diferenţial, altă intrare neinversoare a căruia este conectată la ieşirea amplificatorului operaţional al etajului al doilea. Convertorul de impedanţă conţine suplimentar al doilea amplificator programabil, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial, şi un amplificator sumator, conectat cu o intrare la ieşirea defazorului, cu altă intrare - la ieşirea celui de-al doilea amplificator programabil, iar cu ieşirea - la intrarea amplificatorului invertor.

Defazorul asigură un defazaj de 90°, iar amplificatoarele programabile asigură reglarea coeficientului de amplificare în banda valorilor pozitive şi negative.

Rezultatul invenţiei constă în reproducerea impedanţelor simulate flotante cu orice caracter reprezentate în coordonate carteziene şi cu posibilitatea reglării independente a componentelor activă şi reactivă.

Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este reprezentată schema convertorului.

Convertorul conţine clemele 1 şi 2, conectate la intrările inversoare ale amplificatoarelor operaţionale 3 şi 4 respective, rezistoare 5 şi 6, conectate între intrările inversoare şi ieşirile amplificatoarelor operaţionale 3 şi 4 respective, al treilea rezistor 7, conectat între intrările neinversoare ale amplificatoarelor operaţionale 3 şi 4, amplificatorul diferenţial 8 cu intrările 9, 10, 11 şi 12, conectate respectiv în ordinea enumerării: la ieşirea amplificatorului operaţional 3, la intrarea neinversoare a acestuia, la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional 4 şi la ieşirea acestuia. Convertorul mai conţine amplificatoarele programabile 13 şi 14, conectate cu intrările la ieşirea amplificatorului diferenţial 8, defazorul 15, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului programabil 14, amplificatorul sumator 16, conectat cu intrările la ieşirea defazorului 15 şi la ieşirea amplificatorului programabil 13 respectiv, precum şi un amplificator inversor 17, conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului sumator 16. Ieşirea amplificatorului sumator 16 este conectată la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional 3, iar ieşirea amplificatorului inversor 17 - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional 4.

Convertorul funcţionează în modul următor.

La conectarea convertorului în circuit extern prin clemele 1 şi 2 trec curenţii I1 şi I2 de valori egale şi direcţii opuse:

I1 = - I2 = Ii. (1)

Amplificatoarele operaţionale 3 şi 4 creează la ieşiri tensiunile respective U1 şi U2:

U1 = Un1 - R · I1, U2 = Un2 + R · I2, (2)

unde Un1, Un2 reprezintă respectiv tensiunile la intrările neinversoare ale amplificatoarelor operaţionale 3 şi 4 respectiv.

Luând în consideraţie relaţiile (1) şi (2), tensiunea U3 la ieşirea amplificatorului diferenţial 8 este:

U3 = (Un1 - U1 + U2 - Un2) · KDA = 2R KDA · Ii, (3)

unde KDA este coeficientul diferenţial de amplificare al amplificatorului diferenţial 8.

Tensiunea U4 la ieşirea amplificatorului programabil 13:

U4 = K1 · U3 = 2R KDAK1· Ii, (4)

unde K1 este coeficientul de amplificare al amplificatorului programabil 13.

Tensiunea U5 la ieşirea amplificatorului programabil 14:

U5 = K2 · U3 = 2R KDA K2 Ii, (5)

unde K2 este coeficientul de amplificare al amplificatorului programabil 14.

Defazorul 15 posedă coeficientul de transfer unitar şi introduce un defazaj de 90º în calea semnalului. Tensiunea U6 la ieşirea lui constituie:

U6 = U5 · ej9°° = j · U5 = j 2R KDA K2Ii, (6)

unde: j - unitatea imaginară;

e - baza logaritmului natural (e = 2,7 …).

Amplificatorul sumator 16 produce la ieşire o tensiune U7:

U7 = KDA2· U4 - U6) = KDA2 (2R KDA K1 Ii- j 2R KDA K2Ii) = 2R KDA2 KDA (K1 - j K2) · Ii , (7)

unde KDA este coeficientul diferenţial de amplificare al amplificatorului sumator 16.

În cel mai simplu caz KDA2 = KDA = 1 şi (5) ia forma:

U7 = 2R(K1 - j K2) Ii ≡ Un1. (8)

Amplificatorul inversor 17 posedă coeficient de transfer K = -1 şi tensiunea U8 la ieşirea lui constituie:

U8 = - U7 = - 2R (K1 - j K2) Ii ≡ Un1. (9)

Tensiunea de intrare a convertorului Ui, luând în consideraţie (8) şi (9), constituie:

Ui = Un1 - Un2 = 4R (K1 - j K2) · Ii . (10)

Impedanţa Zi reprodusă de convertor la clemele 1 şi 2 constituie:

Zi = Ui / Ii = 4R (K1 - jK2) ≡ Ri + jXi , (11)

unde: Ri = 4R·K1 - componenta activă a admitanţei reproduse;

Xi = -4R·K2 - componenta reactivă.

După cum rezultă din (11), valoarea componentei active Ri a impedanţei reproduse depinde direct proporţional de coeficientul de amplificare K1 al amplificatorului programabil 13, iar valoarea componentei reactive Xi - de coeficientul de amplificare K2 al amplificatorului programabil 14. Reglarea coeficienţilor de amplificare K1 şi K2 ai amplificatoarelor programabile 13 şi 14 rezidă în variaţia independentă a componentelor activă şi, respectiv, reactivă ale impedanţei reproduse Zi.

Deoarece curenţii I1, I2 au valori egale şi constituie curentul Ii care trece prin impedanţa reprodusă Zi, rezultă că impedanţele de mod comun între contactele de intrare 1, 2 şi masă posedă valori infinite, ceea ce asigură caracterul flotant al impedanţei reproduse.

În calitate de exemplu de implementare practică poate servi cazul în care R = 103 Ω, K1, K2 variază în banda de valori -1…+1. Atunci, conform (11), la variaţia coeficientului K1 componenta activă Ri a impedanţei reproduse Zi va varia în banda de valori Ri = 4·103 (-1…+1) Ω, iar la variaţia coeficientului K2 componenta reactivă jXi a impedanţei reproduse Zi va varia în banda de valori jXi = j 4·103 (+1…-1) Ω.

1. MD 3689 G2 2008.08.31

Claims

1. Convertor de impedanţă, care conţine două etaje, fiecare fiind format dintr-o clemă (1, 2), un amplificator operaţional (3, 4), conectat cu intrarea inversoare la clema (1, 2) respectivă, şi un rezistor (5, 6), conectat cu un contact la clema (1, 2) respectivă, iar cu altul - la ieşirea amplificatorului operaţional (3, 4), mai conţine al treilea rezistor (7), un amplificator diferenţial (8) cu două intrări inversoare (9, 11) şi două neinversoare (10, 12), un defazor (15), un amplificator programabil (14), conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial (8), iar cu ieşirea - la intrarea defazorului (15), precum şi un amplificator invertor (17) cu coeficient de amplificare unitar, conectat cu intrarea împreună cu o intrare neinversoare (10) a amplificatorului diferenţial (8) şi un contact al celui de-al treilea rezistor (7) la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (3) al primului etaj, iar cu ieşirea împreună cu o intrare inversoare (11) a amplificatorului diferenţial (8) şi alt contact al celui de-al treilea rezistor (7) - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (4) al etajului al doilea, iar ieşirea amplificatorului operaţional (3) al primului etaj este conectată la altă intrare inversoare (9) a amplificatorului diferenţial (8), altă intrare neinversoare (12) a căruia este conectată la ieşirea amplificatorului operaţional (4) al etajului al doilea, caracterizat prin aceea că conţine suplimentar al doilea amplificator programabil (13), conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului diferenţial (8), şi un amplificator sumator (16), conectat cu o intrare la ieşirea defazorului (15), cu altă intrare - la ieşirea celui de-al doilea amplificator programabil (13), iar cu ieşirea - la intrarea amplificatorului invertor (17).

2. Convertor de impedanţă, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că defazorul asigură un defazaj de 90º, iar amplificatoarele programabile asigură reglarea coeficientului de amplificare în banda valorilor pozitive şi negative.