RU1780025C - Имитатор комплексного сопротивлени - Google Patents

Abstract

Использование: в области электроизмерительной техники в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивлени , либо комплексного сопротивлени  любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот. 'Сущность изо- бретени : дл  повышени  точности формировани  комплексной проводимости второй выходной зажим усилител  соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки элементов соединенИзобретение относитс  к области электроизмерительной техники и может быть использовано в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивлени , либо комплексного сопротивлени  любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот.Известен двухзажимный эквивалент реактивности, содержащий усилитель с трем  образцовыми элемйнтами, первый из которых включен между входным зажимом имитатора и входным зажимом усилител , второй элемент включен между входным ис неинвертирующим входом усилител . Второй выходной зажим усилител  соединен с первым входным зажимом имитатора через отрицательную комплексную проводимость. Между вторым выходным зажимом усилител  и первым входным зажимом имитатора включен повторитель тока. Устройство содержит цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексных сопротивлений и операционный усилитель, инвертирующий вход, первый выходной зажим которого подключен к двум точкам соединени  образцовых элементов соответственно. Первый конец цепочки элементов и неинвертирующий вход усилител  подключены к входным зажимам имитатора. Использование изобретени  позволит создать прецизионные двухэажимные меры индуктивности, емкости и активного сопротивлени  в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства. Точность предлагаемого устройства выше точности известных аналогов имитаторов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.выходным зажимами усилител , а третий элемент включен между входным зажимом имитатора и выходным зажимом усилител 

Description

выходе усилител  не одинаковы, т.е. входное сопротивление имитатора не равно его проходному сопротивлению, что вызывает определенные погрешности измерений при включении имитатора в мостовую измерительную цепь.

Известен р д устройств, содержащих операционный усилитель с образцовыми импедансами на входе и в цепи обратной св зи, а также с дополнительным образцовым импедансом, включеннЬ1м между входом и выходом операционного усилител , в которых применены различного вида дополнительные активные (усилительные) устройства дл  компенсации погрешностей, обусловленных неравенством входного и выходного токов имитатора.

Общим недостатком этих устройств  вл етс  сложность схемы и конструкции и пониженна  устойчивость работы, обусловленна  наличием второго усилител .

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  имитатор комплексного сопротивлени , содержащий цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексного сопротивлени  и операционный усилитель, неинвертирующий вход и выход которого подключены к двум точкам соединени  образцовых элементов соответственно, концы цепочки образцовых элементов соединены между собой и подключены к первому входному зажиму имитатора, а неинвертирующий вход и второй выходной зажим усилител  подключены к второму входному зажиму имитатора (2, фиг. 1).

Входной ток этого известного имитатора , определенный в результате расчета схемы , равен 1 „ 1 , 1

IBX IP н.

где IP и 7 рабочий ток имитатора:

; и , и

н + пг- нежелательные составл Z4 /.2 ющие входного тока;

О - напр жение на входных зажимах имитатора:

22, Z3, 24 - сопротивлени  образцовых элементов, включенных на входе, в цепи обратной св зи усилител  и на выходе усилител  соотвепственно.

Нежелательные составл ющие тока 1н обусловлены вли нием входного напр жени  О, протекающего через Z4, и отклонением части TOKd через сопротивление 7,1. включенное на входе усилител .

Эквивалентна  проводимость имитатора равна

IBX2з 1. л

У , (f-e).

Эквивалентное сопротивление тора

ZaZ

(1-У),

УэZ3

где у - погрешности преобразовани . Недостатком этого устройства  вл етс 

невысока  точность преобразовани  импеданса , обусловленна  наличием нежелательных составл ющих во входном токе имитатора, обусловленных вли нием входного напр жени  и конечного значени  сопротивлени  образцового элемента. подключенного к входу усилител .

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение точности формировани  эквивалентного импеданса имитатора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в имитаторе комплексного сопротивлени , содержащем цепочку из трех последовательно соединенных элементов комплекс-ного сопротивлени  и операционный усилитель, инвертирующий вход и первый выходной зажим которого подключены к двум точкам соединени  образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элементов и неинвертирующий вход усилител  подключены к двум входным зажимам имитатора соответственно, введень новые, св зи, а именно: второй выходной зажим усилител  соединен с первым входным зажимом имитатора , а второй конец цепочки образцовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилител .

Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  то. что между первым входным зажимом имитатора и вторым выходным зажимом усилител  включаетс  отрицательна  комплексна  проводимость, что повышает точность устройства .

Вторым дополнительным свойством предлагаемого устройства  вл етс  то, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используетс  повторитель гока.

Отличительными от прототипа признаками предлагаемого технического решени , которые обуславливают его соответствие критерию Новизна,  вл ютс :

1. Введение новых св зей между элементами , конец цепочки образцовых элементов подключен к неинвертирующему входу усилител , а второй (нулевой) выходной зажим усилител  подключен к первому

(потенциальному) входному зажиму имитатора .

2.Введен новый элемент - между вторым выходным зажимом усилител  и первым входным зажимом имитатора включена отрицательна  комплексна  проводимость.

3.Вторым дополнительным элементом  вл етс  введение повторител  тока, включенного между первым входом имитатора и вторым выходом усилител .

Применение новых св зей в устройстве позвол ет получить новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений , а именно: существенное повышение точности преобразовани  сопротивлени  за счет исключени  нежелательных составл ющих во входном токе устройства без усложнени  схемы и конструкции устройства. При этом обеспечиваетс  равенство токов на входе и на выходе усилител .

Дополнительное введение новых элементов позвол ет повысить точность коэффициента передачи операционного усилител , на котором построен имитатор комплексных сопротивлений.

По сравнению с существующими аналогами имитатора, описанными выше (2-5). обеспечиваетс  существенное упрощение схемы и конструкци  устройства и повышение его устойчивости и точности.

Таким образом, у за вл емого технического решени  нова  совокупность св зей между элементами и введение нового элемента обуславливают новые свойства - повышение точности формировани  комплексной проводимости в расширенном диапазоне частот и номина ьных значений сопротивлений, что соответствует критерию Существенные отличи .

На фиг.1 приведена принципиальна  схема предласаемого устройства: на фиг.2 принципиальна  схема предлагаемого устройства с дополнительным блоком, включенным между входом имитатора и вторым выходом усилител : на фиг.З - эквивалентна  схема предлагаемого устройства с включенным дополнительным блоком.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит усилитель 1. образцовые комплексные сопротивлени  2,3,4. Сопротивление 2 включено между входным зажимом А имитатора и инвертирующим входом усилител . Элемент 3 включен между инвертирующим входом и выходом усилител . Элемент 4 включен между выходом и неинвертирующим входом усилител . Второй выходной зажим усилител  1 соединен с входным зажимом А имитечтора. К заж1:му В имитатора подключен неинвертирующий вход усилител .

Схема устройства, представленна  на фиг.2. отличаетс  от приведенной на фиг.1 тем, что в ней между вторым выходом усилител  1 и входным зажимом А имитатора включен дополнительный блок 5.

Работа устройства может быть по снена следующим образом.

При показанных на фиг,1 соединени х между элементами видно, что к образцовому элементу 4 приложена алгебраическа 

0 сумма двух напр жений: входного напр жени  О и выходного напр жени  усилител  1, В свою очередь напр жение Ок равно алгебраической сумме двух напр жений: входного О и преобразованного на элементах 2 и 3 - напр жени  Ок. т.е,

2з

UK -(U-UK) -U(I +

7.2

где Z2 и 2з сопротивлени  элементов 2 и 3 соответственно;

.122

UK -и 7 Z3

Таким образом к элементу 4 приложено напр жение Ок и входной ток 1вх. равный току М. протекающему через элемент 4. определ етс  выражением:

Z3

и

7,2 Z4

30

где - сопротивление элемента 4.

Эквивалентна  проводимость имитатора равна

IBX Z3

5

Уэ

CJ

Z2Z Эквивалентное сопротивление будет

Z2Z4

Za

Z3

Выбором значений сопротивлений 7.2.

0 Z:i и Z4 можно обеспечить требуемые характеристики эквивалентного комплексного сопротивлени  имитатора.

Более подробный анализ работы устройства , приведенного на фиг.2. может быть

5 произведен с использованием его эквивалентной схемы, показанной на фиг.З, где Za, Zaи Z.Zs-сопротивлени  элементов 2,3,4,5 соответственно,

Ze - входное сопротивление усилител 

0

1, .

Uk - выходное напр жение усилител  1,

О - напр жение на зажимах АВ имитатора .

В результате расчета эквивалентной

Claims (1)

1. 5 схемы, представленной на фиг.З (например., методом контурных токов) без учета пог решностей высших пор дков малости получим следующие выражени  дл  контурных токов: 11 и ,|(Z,4-Z5 ( Z2+Z). где k - коэффициент усилени  усилител  1; 1ZT ( 1 + у -) - коэффициент обратной св зи усилител . Входной ток имитатора 1вх li, а ток через элемент 4 равен 12. Без учета погрешностей преобразовани  эти токи равны между собой, т.е. 1вх И 12, а эквивалентный импеданс имитатора дл  схемы на фиг. 1 при Z5 О равен z,-(i-y,). 1Z2 где yi (1 + 7 ) погрешность пре образовани  импеданса устройства, построенного по схеме на фиг.1 (при Zs 0). При наличии элемента 5 (схема на фиг.2) эквивалентный импеданс равен т;-(-), Z2+Z5 + ё) (1 +- К/Г Z3 Z4 1 У - погрешность преобразовани . Если значение сопротивлени  элемента 5 прин ть равным -,Z2Z4 Г 1 / 1 , Z3ч| ( Z3 + Z4 Z5 Z2 Z2TZ7 J то погрешность ) будет частично скомпенсирована и составит -кУ Применение элемента 5 с соответствующим значением отрицательного сопротивлени  позвол ет повысить точность устройства. Формирование отрицательных сопротивлений , используемых дл  компенсации погрешностей, особых трудностей не вызывает , т.к. дл  этих целей могут быть использованы соответствующие выводы на микросхеме , используемой в качестве операционного усилител . Аналогичный эффект коррекции погрешностей может быть обеспечен, если в качестве элемента 5 применить повторитель токов. Использование изобретени  позволит создать прецизионные двухзажимные меры индуктивности, емкости и активного сопротивлени  в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства . Точность предлагаемого устройства выше точности известных аналогов имитаторов. Формула изобретени  1,Имитатор комплексного сопротивле-, ни , содержащий цепочку из трех последевательно соединенных образцовых элементов комплексного сопротивлени  и операционный усилитель, инвертирующий вход и первый выходной зажим которого. подключены к двум точкам соединени  образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элемен-тов и неинвертирующий вход усилител  подключены к входным зажимам имитатора, о т л ичающийс  тем, что, с целью повышени  точности формировани  комплексной проводимости , второй выходной зажим усилител  соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки образцовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилител . 2,Имитатор поп,1,отличающийс   тем, что второй выходной зажим усилител  соединен с первым входным зажимом имитатора через отрицательную комплексную проводимость, 3,Имитатор по п.2, отличающийс   тем, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используетс  повторитель тока.

   д О-

   .1

   IV

   4

   fe.2

   Рд/г.З