MD818Z

MD818Z - Convertor de impedanţă

Info

Publication number: MD818Z
Application number: MDS20140025A
Authority: MD
Inventors: Виталие НАСТАС; Павел НИКОЛАЕВ
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-04-30
Also published as: MD818Y

Abstract

Invenţia se referă la tehnica electrică de măsurat şi radioelectronică şi poate fi utilizată pentru reproducerea impedanţelor cu orice caracter şi cu posibilitatea reglării independente a componentelor activă şi reactivă.Convertorul de impedanţă conţine două cleme (3, 5), una dintre care (3) este conectată la masă, un amplificator operaţional (1), conectat cu intrarea inversoare la cea de-a doua clemă (5), două rezistoare (2, 4), unul dintre care (2) este conectat între ieşirea amplificatorului operaţional (1) şi intrarea lui inversoare, iar al doilea (4) - între intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (1) şi masă, două amplificatoare programabile (9, 10) cu coeficienţi de transfer reglabili lin în limitele -1...+1, un defazor (11) cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea primului amplificator programabil (10), precum şi două amplificatoare diferenţiale (6, 12). Primul amplificator diferenţial (6) este conectat cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului operaţional (1) şi la intrarea lui neinversoare, iar al doilea (12) este conectat cu intrările respectiv la ieşirile defazorului (11) şi celui de-al doilea amplificator programabil (9), iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional (1). Convertorul mai conţine două divizoare de tensiune (7, 8), fiecare fiind format din trei contacte a, b şi c, n rezistoare, conectate în serie, cu polii rezistoarelor extreme conectaţi respectiv la contactele a şi b, şi un comutator, conectat cu contactul mobil la contactul c, iar cu contactele fixe - respectiv la punctele de interconectare ale rezistoarelor divizorului şi la contactul a. Divizoarele (7, 8) sunt conectate cu contactele a la ieşirea primului amplificator diferenţial (6), cu contactele c - respectiv la intrările primului (10) şi celui de-al doilea (9) amplificatoare programabile, iar cu contactele b - la masă.

Description

Invenţia se referă la tehnica electrică de măsurat şi radioelectronică şi poate fi utilizată pentru reproducerea impedanţelor cu orice caracter şi cu posibilitatea reglării independente a componentelor activă şi reactivă.

Cea mai apropiată soluţie este convertorul de impedanţă, care conţine un amplificator operaţional, două rezistoare, unul dintre ele fiind conectat în reacţia inversă negativă a amplificatorului, iar cel de-al doilea - între intrarea neinversoare şi masă, un amplificator diferenţial, conectat cu intrările respectiv la ieşirea şi la intrarea neinversoare ale amplificatorului, primele două amplificatoare programabile, conectate în cascadă şi cu intrarea primului la ieşirea amplificatorului diferenţial, alte două amplificatoare programabile, de asemenea conectate în cascadă şi cu intrarea primului la ieşirea amplificatorului diferenţial, un defazor conectat cu intrarea la ieşirea celui de-al doilea din primele amplificatoare programabile şi al doilea amplificator diferenţial, conectat cu intrările respectiv la ieşirile defazorului şi celui de-al doilea din celelalte două amplificatoare programabile, iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional. Convertorul asigură reproducerea impedanţelor cu reglare independentă lină şi în trepte a componentelor activă şi reactivă [1].

Dezavantajul acestui convertor este construcţia complicată, determinată de utilizarea a patru amplificatoare programabile, ceea ce îi majorează preţul de cost şi complică utilizarea lui.

Problema pe care o rezolvă invenţia este simplificarea construcţiei convertorului.

Convertorul de impedanţă, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine două cleme, una dintre care este conectată la masă, un amplificator operaţional, conectat cu intrarea inversoare la cea de-a doua clemă, două rezistoare, unul dintre care este conectat între ieşirea amplificatorului operaţional şi intrarea lui inversoare, iar al doilea - între intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional şi masă, două amplificatoare programabile cu coeficienţi de transfer reglabili lin în limitele -1…+1, un defazor cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea primului amplificator programabil, precum şi două amplificatoare diferenţiale, primul fiind conectat cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului operaţional şi la intrarea lui neinversoare, iar al doilea fiind conectat cu intrările respectiv la ieşirile defazorului şi celui de-al doilea amplificator programabil, iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional. Convertorul mai conţine două divizoare de tensiune, fiecare fiind format din trei contacte a, b şi c, n rezistoare, conectate în serie, cu polii rezistoarelor extreme conectaţi respectiv la contactele a şi b, şi un comutator, conectat cu contactul mobil la contactul c, iar cu contactele fixe - respectiv la punctele de interconectare ale rezistoarelor divizorului şi la contactul a. Divizoarele sunt conectate cu contactele a la ieşirea primului amplificator diferenţial, cu contactele c - respectiv la intrările primului şi celui de-al doilea amplificatoare programabile, iar cu contactele b - la masă. Rezistenţele rezistoarelor divizoarelor posedă valori, determinate de benzile de valori necesare ale componentelor impedanţei reproduse, iar primul amplificator diferenţial posedă un factor de transfer, determinat de valoarea maximă a componentelor impedanţei reproduse.

Rezultatul invenţiei prezintă un convertor pentru reproducerea impedanţelor în coordonate carteziene cu reglare independentă în trepte şi lină a componentelor.

Invenţia se explică prin desenul din fig. 1-2, care reprezintă:

- fig. 1, schema convertorului de impedanţă;

- fig. 2, schema desfăşurată a divizoarelor de tensiune.

Convertorul (fig. 1) conţine amplificatorul operaţional 1 cu rezistorul 2, conectat în reacţie inversă negativă, prima clemă 3 conectată la masă, al doilea rezistor 4, conectat între intrarea neinversoare a amplificatorului 1 şi masă şi a doua clemă 5, conectată la intrarea inversoare a amplificatorului 1, precum şi amplificatorul diferenţial 6, conectat cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului 1 şi la intrarea neinversoare a acestuia. Divizoarele de tensiune 7 şi 8 sunt conectate cu contactele a la ieşirea amplificatorului 6 şi cu contactele b la masă. Amplificatoarele programabile 9 şi 10 sunt conectate cu intrările respectiv la contactele c ale divizoarelor 7 şi 8. Defazorul 11 este conectat cu intrarea la ieşirea amplificatorului 10. Amplificatorul diferenţial 12 este conectat cu intrările respectiv la ieşirile amplificatorului 9 şi defazorului 11, iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului 1. Divizoarele de tensiune 7 şi 8 posedă ambele aceeaşi structură (fig. 2), formată din n rezistoare cu rezistenţele Rd1, Rd2, ..., Rdn, conectate în serie, rezistoarele extreme fiind conectate cu polii liberi la contactele a şi b. Comutatorul este conectat cu contactul mobil la contactul c al divizorului, iar cu contactele fixe - respectiv la polii rezistoarelor divizorului şi la contactul a.

Convertorul funcţionează în modul următor.

Conform [MD 248 Z 2011.03.31], tensiunea U1 la ieşirea amplificatorului diferenţial 6 constituie:

U1 = - Kd1 · Ii · R, (1)

unde: Kd1 - coeficientul de amplificare al amplificatorului diferenţial 6.

Tensiunile U2, U3 la contactele c ale divizoarelor 7 şi 8 constituie respectiv:

U2 = Kbr · U1 = - Kbr · Kd1 · Ii · R, (2)

U3 = Kbx · U1 = - Kbx · Kd1 · Ii · R, (3)

unde: Kbr, Kbx - respectiv, coeficienţii de divizare ai divizoarelor 7 şi 8.

Tensiunile U4, U5 la ieşirile amplificatorului 9 şi defazorului 11 constituie respectiv:

U4 = Klr · U2 = - Klr · Kbr · Kd1 · Ii · R, (4)

U5 = Kφ · Klx · U3 = - j Klx · Kbx · Kd1· Ii · R, (5)

unde: Klr, Klx - factorii de transfer respectivi ai amplificatoarelor 9 şi 10,

Kφ=M·j sin 90º=j - factorul de transfer al defazorului 11, M = 1.

Tensiunea Ui la ieşirea amplificatorului 12, luând în consideraţie (4) şi (5), constituie:

Ui = Kd2 · (U5 - U4) = Kd1 · (Kbr · Klr - j Kbx · Klx) ·R · Ii, (6)

unde Kd2 =1 - factorul de transfer al amplificatorului 12.

Impedanţa Zi reprodusă de convertor la clemele 3 şi 5 se determină:

Zi = Ui / Ii = Kd1 · (Kbr· Klr - jKbx· Klx) ·R ≡ Ri + jXi , (7)

unde: Ri = Kd1· Kbr· Klr·R,

Xi = - Kd1· Kbx· Klx·R - respectiv componentele activă şi reactivă ale impedanţei reproduse.

După cum rezultă din (7), selectarea benzii de valori a componentelor activă şi reactivă ale impedanţei reproduse se efectuează prin reglarea în trepte a coeficienţilor de divizare Kbr, Kbx ai divizoarelor 7 şi respectiv 8, iar reglarea lină a acestor componente - prin reglarea respectivă a factorilor de transfer Klr, Klx ai amplificatoarelor 9 şi 10. Valoarea maximă a componentelor impedanţei reproduse este determinată de valoarea factorului de transfer Kd1 al amplificatorului 6.

Ca exemplu de implementare practică poate servi cazul în care R = 1 KΩ, Kd1 = 100. Atunci, conform (7), la variaţia coeficientului Klr în banda de valori -1…+1, pentru Kbr = 0,01, componenta activă Ri a impedanţei Zi va varia în banda de valori Ri = (-1 KΩ…+1 KΩ), iar pentru Kbr = 1, Ri = -100 KΩ…+100 KΩ. La variaţia coeficientului Klx în banda de valori -1…+1, pentru Kbx = 0,01, Xi = (-1 KΩ…+1 KΩ), iar pentru Kbx = 1, Xi = (-100 KΩ…+100 KΩ).

1. MD 248 Z 2011.03.31

Claims

1. Convertor de impedanţă, care conţine două cleme, una dintre care este conectată la masă; un amplificator operaţional, conectat cu intrarea inversoare la cea de-a doua clemă; două rezistoare, unul dintre care este conectat între ieşirea amplificatorului operaţional şi intrarea lui inversoare, iar al doilea - între intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional şi masă; două amplificatoare programabile cu coeficienţi de transfer reglabili lin în limitele -1...+1; un defazor cu defazaj de 90°, conectat cu intrarea la ieşirea primului amplificator programabil; precum şi două amplificatoare diferenţiale, primul fiind conectat cu intrările respectiv la ieşirea amplificatorului operaţional şi la intrarea lui neinversoare, iar al doilea fiind conectat cu intrările respectiv la ieşirile defazorului şi celui de-al doilea amplificator programabil, iar cu ieşirea - la intrarea neinversoare a amplificatorului operaţional, caracterizat prin aceea că suplimentar conţine două divizoare de tensiune, fiecare fiind format din trei contacte a, b şi c, n rezistoare, conectate în serie, cu polii rezistoarelor extreme conectaţi respectiv la contactele a şi b, şi un comutator, conectat cu contactul mobil la contactul c, iar cu contactele fixe - respectiv la punctele de interconectare ale rezistoarelor divizorului şi la contactul a; divizoarele sunt conectate cu contactele a la ieşirea primului amplificator diferenţial, cu contactele c - respectiv la intrările primului şi celui de-al doilea amplificatoare programabile, iar cu contactele b - la masă.

2. Convertor de impedanţă, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că rezistenţele rezistoarelor divizoarelor posedă valori, determinate de benzile de valori necesare ale componentelor impedanţei reproduse, iar primul amplificator diferenţial posedă un factor de transfer, determinat de valoarea maximă a componentelor impedanţei reproduse.