Pierwszenstwo Zgloszenie ogloszono: 31.05.1973 Opis patentowy opublikowano: 30.09.1975 74978 KI. 21e, 19/22 MKP GOlr 19/22 CZYTELNIA Urzedu Patentowego Twórcy wynalazku: Andrzej Urbanik, Zbigniew Lubczanski, Kazimierz Lewandowski Uprawniony z patentu tymczasowego: Osrodek Badawczo-Rozwojowy Po¬ miarów i Automatyki Elektronicznej, Wroclaw (Polska) Szerokopasmowy przetwornik napiecia i Przedmiotem wynalazku jest szerokopasmowy przetwornik napiecia, zwlaszcza do przetwarzania malych poziomów napiecia przemiennego na na¬ piecie stale.Znany jest przetwornik napiecia przemiennego bardzo wysokiej czestotliwosci na napiecie stale, skladajacy sie z sondy zawierajacej dwa uklady detekcyjne, z których jeden jest ukladem prze¬ twarzajacym napiecie wejsciowe, a drugi ukladem kompensacyjnym, wzmacniacza pradu stalego z przetwarzaniem, generatora pomocniczego napiecia sinusoidalnego, regulatora i ukladu przetwarzaja¬ cego pomocnicze napiecie sinusoidalne na napiecie stale. Napiecie wejsciowe, przetwarzane w jednym z ukladów detekcyjnych na napiecie stale jest podawane na wejscie wzmacniacza, które steruje regulatorem, regulujacym amplitude pomocniczego napiecia sinusoidalnego, wytwarzanego w genera¬ torze. Napiecie wyjsciowe z regulatora steruje dru¬ gi, kompensacyjny uklad detekcyjny. W opisanym ukladzie przetwornika uzyskuje sie kompensacje termiczna i kompensacje nieliniowosci przetwarza¬ nia, powstala w ukladzie detekcyjnym, dzieki cze¬ mu przetwornik odznacza sie duza liniowoscia i stabilnoscia.Ten znany przetwornik ma jednak te niedogod¬ nosc, ze sklada sie z czlonów o rozbudowanych ukladach, takich jak wzmacniacz pradu stalego z przetwarzaniem, generator pomocniczego napiecia sinusoidalnego, regulator, wskutek czego wymaga 10 15 20 25 so 2 do swej budowy znacznej liczby elementów kon¬ strukcyjnych. Dodatkowa niedogodnoscia jest o- graniczenie pasma czestotliwosci do czestotliwosci bardzo wysokich.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionych niedogodnosci.Zadaniem technicznym wymagajacym rozwiaza¬ nia jest opracowanie konstrukcji przetwornika na¬ piecia przemiennego na napiecie stale, odznaczaja¬ cego sie duza liniowoscia i stabilnoscia przetwarza¬ nia, szerokim pasmem czestotliwosci i uproszczo¬ na konstrukcja, w porównaniu do znanych rozwia¬ zan.Zadanie to zostalo rozwiazane w wynalazku dzieki temu, ze przetwornik napiecia przemien¬ nego na napiecie stale zawiera detektor wejscio¬ wy, kompensacyjny, pomocniczy, dzielnik napiecia i tranzystorowy klucz, polaczone z czlonami funk¬ cjonalnymi wzmacniacza pradu stalego z przetwa¬ rzaniem, zbudowanego na bazie sterowanego ge¬ neratora. Wymieniony wzmacniacz sklada sie z tranzystorowego modulatora, selektywnego wzmac¬ niacza, wyjsciowego detektora, ukladu sprzezenia zwrotnego i ukladu formujacego fale prostokatna polaczonych w ten sposób, ze wyjscie tranzysto¬ rowego modulatora jest polaczone z wejsciem se¬ lektywnego wzmacniacza poprzez uklad szerego¬ wego napieciowego sprzezenia zwrotnego, a wyjs¬ cie selektywnego wzmacniacza jest polaczone z 74 97*7L978 3 wejsciem ukladu sprzezenia zwrotnego* z wejsciem wyjsciowego detektora i wejsciem ukladu formu¬ jacego fale prostokatna, którego wyjscie jest pola¬ czone z wejsciem sterowania tranzystorowego mo¬ dulatora.Wykorzystujac charakterystyczne cechy wymie¬ nionego wzmacniacza i stosujac celowe polaczenie czlonów funkcjonalnych uzyskano szerokopasmowy przetwornik w ukladzie, w którym wejsciowy de¬ tektor jest swoim wyjsciem przylaczony do jed¬ nego z wejsc tranzystorowego modulatora, wcho¬ dzacego w sklad wymienionego wzmacniacza, a kompensacyjny detektor jest swoim wyjsciem przy¬ laczony ^do~ drugiego .wejscia tego tranzystorowego miduiatorjaf natomjas/t wyjscie selektywnego wz¬ macniacza, wchodzacego w sklad wymienianego wzmacniacza pradu stalego z przetwarzaniem, jest p^laczóine 7^oprzez dzielnik napiecia z wejsciem kompensacyjnego detektora, przy czym wyjscie ukladu formujacego fale prostokatna jest pola¬ czone z wejsciem pomocniczego detektora, którego wyjscie jest polaczone poprzez tranzystorowy klucz i uklad dobranych, polaczonych równolegle rezy¬ storów do obu wejsc tranzystorowego modulatora, stanowiacego wejscie wymienionego wzmacniacza pradu stalego.Szerokopasmowy przetwornik napiecia prze¬ miennego na napiecie stale wedlug wynalazku cha¬ rakteryzuje sie szeregiem zalet, a przede wszyst¬ kim tym, ze ma charakterystyki czestotliwosciowe konwencjonalnych przetworników, zas przewyzsza je dzieki zastosowanemu ukladowi kompensacyj¬ nemu, stabilnoscia i liniowoscia przetwarzania. W stosunku do opisanego wyzej przetwornika napie¬ cia przemiennego na napiecie stale bardzo wyso¬ kiej czestotliwosci charakteryzuje sie tym, ze przy prostszej od niego budowie osiaga co najmniej takie same parametry techniczne, to jest duza sta¬ bilnosc i liniowosc przetwarzania, zas dzieki za¬ stosowaniu ukladu zlozonego z pomocniczego de¬ tektora i klucza tranzystorowego umozliwia sto¬ sowanie go do przetwarzania napiec malych czesto¬ tliwosci rzedu pojedynczych herców, przy znacz¬ nym skróceniu czasu ustalania sie. napiecia na wyjsciu, szczególnie przy zmianie poziomu prze¬ twarzanego napiecia przemiennego na wartosc mniejsza.Dzieki tym zaletom przetwornik wedlug wyna¬ lazku ma szeroki zasieg stosowania w zakresie pasma czestotliwosci przetwarzanego napiecia od pojedynczych herców do kilkuset megaherców, szczególnie do budowy woltomierzy napiecia prze¬ miennego.Szerokopasmowy przetwornik napiecia przemien¬ nego na napiecie stale wedlug wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na za¬ laczonym rysunku, który przedstawia schemat blokowy przetwornika.Przetwornik sklada sie z nastepujacych bloków funkcjonalnych: wejsciowego detektora 1, kom¬ pensacyjnego detektora 2, wzmacniacza 3 pradu stalego z przetwarzaniem, dzielnika napiecia 4, pomocniczego detektora 5 i tranzystorowego klu¬ cza 6. Wzmacniacz 3 pradu stalego z przetwarzaniem, zbudowany na bazie sterowanego generatora, za- wiera tranzystorowy modulator 7, selektywny wz¬ macniacz 8, wyjsciowy detektor 9, uklad 10 sze¬ regowego napieciowego sprzezenia zwrotnego i u- 5 klad 11 formujacy fale prostokatna. Wymienione czlony wzmacniacza polaczone sa w sposób naste¬ pujacy: wyjscie tranzystorowego modulatora 7 jest polaczone z wejsciem selektywnego wzmacniacza 8 poprzez uklad 10 szeregowego napieciowego sprze- 10 zenia zwrotnego, zas wyjscie tego selektywnego wzmacniacza 8 jest polaczone z wejsciem ukladu 10 . sprzezenia zwrotnego, z wejsciem wyjsciowego de¬ tektora 9 i wejsciem ukladu 11 formujacego fale prostokatna z napiecia otrzymywanego z selektyw* u nego wzmacniacza 8. Wyjscie ukladu 11 formuja¬ cego fale prostokatna polaczone jest z wejsciem sterowania tranzystorowego modulatora 7, to jest z baza lub bramka tranzystora, na którym ten mo¬ dulator jest zbudowany. 20 W ukladzie przetwornika wedlug wynalazku wy¬ korzystano wyjscie detektora 9, wchodzacego w sklad wzmacniacza 3 jako wyjscie napiecia stalego Uwy przetwornika, wyjscie selektywnego wzmac¬ niacza 8, do zasilania kompensacyjnego detektora 2 25 napieciem sinusoidalnym i wyjscie ukladu 11 for¬ mujacego fale prostokatna, do sterowania pomoc¬ niczego detektora 5 napieciem prostokatnym.Uklad przetwornika napiecia przemiennego na napiecie stale wedlug wynalazku przedstawia sie 30 nastepujaco: wejsciowy detektor 1, do którego jest przylaczone przetwarzane wejsciowe napiecie prze¬ mienne Uwe jest przylaczony swoim wyjsciem do jednego z wejsc tranzystorowego modulatora 7, zas do drugiego wejscia tego modulatora 7 jest 35 przylaczone wyjscie kompensacyjnego detektora 2.Wejscie kompensacyjnego 'detektora 2 jest pola¬ czone z wyjsciem selektywnego wzmacniacza 8 poprzez dzielnik napiecia 4. Wyjscie ukladu 11 formujacego fale prostokatna jest polaczone z 40 wejsciem pomocniczego detektora 5, który swym wyjsciem polaczony jest z wejsciem tranzystoro¬ wego klucza 6. Wyjscia tego klucza 6 jest polaczone poprzez dobrany rezystor Ri z tym wejsciem tran¬ zystorowego modulatora 7, do którego jest przy- 45 laczony wejsciowy detektor 1 i poprzez drugi do¬ brany rezystor R* z tym wejsciem tranzystorowego modulatora 7, do którego jest przylaczony feompenr sacyjny detektor 2.Dzialanie przetwornika wedlug wynalazku prze- 50 biega nastepujaco. Przetwarzane wejsciowe na¬ piecie przemienne Uwe jesit doprowadzone do wejs¬ cia wejsciowego detektora 1, gdzie podlega detekcji na napiecie stale, które powoduje wysterowanie wzmacniacza 3. W wyniku wysterowania tego 55 wzmacniacza 3 na wyjsciu detektora wyjsciowe¬ go 9 pojawia sie wyjsciowe napiecie stale U , a na wyjsciu selektywnego wzmacniacza 8 wchodza¬ cego w sklad wzmacniacza 3, napiecie sinusoidalne, które poprzez dzielnik napiecia 4 doprowadzone 60 jest do wejscia kompensacyjnego detektora 2, gdzie podlega detekcji i skad zostaje doprowadzone do drugiego wejscia wzmacniacza 3. Równoczesnie z pojawieniem sie napiecia na wyjsciu selektywne¬ go wzmacniacza 8 pojawia sie napiecie na wyjsciu gg ukladu 11 formujacego fale prostokatna, które po74 978 detekcji w pomocniczym detektorze 5 steruje tran¬ zystorowy klucz 6, powodujac jego rozwarcie.Klucz 6 pozostaje w tym stanie tak dlugo jak dlu¬ go trwa wysterowanie wzmacniacza 3. Pojawienie sie napiecia stalego na wyjsciu kompensacyjnego detektora 2 powoduje zmniejszenie sie wysterowa¬ nia wzmacniacza 3 przez kompensacje wyjsciowe¬ go napiecia detektora 1» napieciem wyjsciowym kompensacyjnego detektora 2. Wynik koncowy tego procesu jest taki, ze napiecie na wyjsciu kompensacyjnego detektora 2 osiaga wartosc blis¬ ka wartosci napiecia na wyjsciu wejsciowego de¬ tektora 1. Róznica miedzy tymi napieciami w sta¬ nie ustalonym jest tym mniejsza im wieksze jest wzmocnienie wzmacniacza 3.Poniewaz w ukladzie tego przetwornika detek¬ tory 1 i 2 maja takie same parametry, za wyjat¬ kiem pojemnosci kondensatorów w filtrach RC, w które te detektory sa wyposazone, wzmocnienio wzmacniacza 3 jest bardzo duze, wyjsciowy detek¬ tor 9 ma charakterystyke liniowa, a generowane we wzmacniaczu 3 napiecie sinusoidalne, otrzymy¬ wane na wyjsciu selektywnego wzmacniacza 8 ma male znieksztalcenia liniowe i gdy przetwarza¬ ne napiecie przemienne ma takze male znieksztal¬ cenia liniowe, to przetwarzane napiecie przemien¬ ne na wejsciu detektora 1 jest równe napieciu na wejsciu kompensacyjnego detektora 2 i wprost proporcjonalne do napiecia na wejsciu detektora 9, a zatem wprost proporcjonalne do napiecia wyjs¬ ciowego Uwy przetwornika. Odlaczenie lub zmniej¬ szenie poziomu przetwarzanego napiecia wejscio¬ wego V^re powoduje, ze napiecia na wyjsciach de¬ tektorów 1 i 2 maleja na skutek rozladowywania kondensatorów w filtrach RC tych detektorów, z tym ze napiecie na wyjsciu detektora 1 maleje szybciej niz na wyjsciu detektora 2, gdyz jak wy¬ zej podano pojemnosci w filtrach RC tych detek¬ torów sa rózne, przy czym pojemnosc w filtrze detektora 1 jest mniejsza od pojemnosci w filtrze detektora 2, wskutek czego bardzo szybko zanika napiecie sterujace wzmacniacza 3, co powoduje za¬ nik napiecia prostokatnego na wyjsciu ukladu 11 formujacego fale prostokatna i zanik napiecia na wejsciu pomocniczego detektora 5, co z kolei po¬ woduje zwarcie tranzystorowego klucza 6 i roz¬ ladowanie kondensatorów w filtrach RC detekto¬ ra 1 i 2 przez rezystory Ri i R£. Napiecie stale na wyjsciu wejsciowego detektora l ustala sie na poziomie odpowiadajacym nowemu poziomowi na¬ piecia przemiennego Uwe dolaczonego do jego wejscia, zas napiecie na wyjsciu kompensujacego detektora 2 maleje dalej, az róznica napiec na wyj¬ sciach detektorów 1 i 2 osiagnie wartosc niezbedna do wysterowania wzmacniacza 3. Nastepuje wów¬ czas rozwarcie tranzystorowego klucza 6 na skutek i pojawienia sie napiecia na wyjsciu pomocniczego detektora 5, napiecie stale na wyjsciu przetwor¬ nika U^y ustala sie na nowym poziomie, odpowia¬ dajacym poziomowi napiecia Uwe, aktualnie prze¬ twarzanemu. u 45 60 PL