RU23993U1

RU23993U1 - DEVICE FOR ISSUING A CONSTANT COMPONENT

Info

Publication number: RU23993U1
Application number: RU2001131177/20U
Authority: RU
Inventors: М.К. Казаков; Е.И. Маслова; Д.А. Краснов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2002-07-20

Abstract

Устройство для выделения постоянной составляющей, содержащее первый резистор, конденсатор, первый операционный усилитель (ОУ), причем резистор и конденсатор соединены последовательно, отличающееся тем, что в него введен трансформатор напряжения, второй резистор и второй ОУ, причем второй вывод первого резистора подключен к источнику сигнала, второй вывод конденсатора подсоединен к земляной шине, общая точка первого резистора и конденсатора подключена к неинвертирующему входу первого ОУ, выход которого через второй резистор подключен к его же инвертирующему входу, соединенному через первичную обмотку трансформатора с земляной шиной, общая точка первого резистора и конденсатора через вторичную обмотку трансформатора подключена к неинвертирующему входу второго ОУ, инвертирующий вход которого соединен с его же выходом.A device for isolating a DC component, comprising a first resistor, a capacitor, a first operational amplifier (op-amp), the resistor and capacitor connected in series, characterized in that a voltage transformer, a second resistor and a second op-amp are introduced into it, the second output of the first resistor being connected to a source signal, the second output of the capacitor is connected to the ground bus, the common point of the first resistor and capacitor is connected to the non-inverting input of the first op-amp, the output of which is connected through the second resistor its inverting input is connected via the primary winding of the transformer to earth ground, the common point of the first resistor and a capacitor through the secondary winding of the transformer is connected to the noninverting input of the second op amp inverting input of which is connected to its output.

Description

..--. .;-;-л гу ™ ..--. .; -; - l gu ™

, - :2;, О - О .,-t-- - ,--- , -: 2 ;, О - О., - t-- -, ---

УСТРОЙСТВО для ВЫДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙDEVICE FOR ISSUING A CONSTANT COMPONENT

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности к фильтрам для выделения постоянной составляющей периодических напряжений.The utility model relates to electrical engineering, in particular to filters for isolating the constant component of periodic voltages.

Известно, что фильтры постоянной составляющей (ФПС) относятся к фильтрам нижних частот, полоса пропускания которых лежит в пределах от нулевой частоты (постоянное напряжение) до некоторой частоты среза сОс, причем для ФПС , где сО - частота первой гармоники напряжения.It is known that filters of the constant component (FPS) belong to low-pass filters, the passband of which lies in the range from zero frequency (constant voltage) to a certain cut-off frequency cОс, and for FPS, where сО is the frequency of the first harmonic of the voltage.

Известны пассивные ФПС на основе конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, недостатком которых является трудность получения высоких фильтрующих свойств.Known passive FPS based on capacitors, inductors and resistors, the disadvantage of which is the difficulty in obtaining high filtering properties.

Наиболее близким устройством к предлагаемому является ФПС на основе использования компенсационного способа выделения постоянной составляющей (см. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. М.: Советское радио, 1977, стр.88, рис.2.54,а), принятый за прототип.The closest device to the proposed one is FPS based on the use of a compensation method for isolating the constant component (see Volgin L.I. Measuring converters of alternating voltage to constant. M: Soviet radio, 1977, p. 88, Fig. 2.54, a) adopted for the prototype.

Недостатком такого устройства является наличие погрешностей выделения постоянной составляющей сигнала вследствие трудности полной компенсации переменной составляющей с помощью такого решения.The disadvantage of this device is the presence of errors in the allocation of the constant component of the signal due to the difficulty of fully compensating for the variable component using this solution.

Сущность решения состоит в стремлении получить технический результат, заключающийся в повышении точности выделения постоянной составляющей.The essence of the solution lies in the desire to obtain a technical result, which consists in increasing the accuracy of the selection of the constant component.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем первый резистор, конденсатор, первый операционный усилитель (ОУ), причем резистор и конденсатор соединены последовательно, особенность заключается в том, что в него введен трансформатор напряжения, второй резистор и второй ОУ, причем второй вывод первого резистораThe specified technical result is achieved by the fact that in the known device containing the first resistor, capacitor, first operational amplifier (op-amp), the resistor and capacitor connected in series, the peculiarity is that a voltage transformer, a second resistor and a second op-amp are introduced into it, moreover second pin of the first resistor

- МПК001К23/00 - MPK001K23 / 00

подключен к источнику сигнала, второй вывод конденсатора подсоединен к земляной шине, общая точка первого резистора и конденсатора подключена к неинвертирующему входу первого ОУ, выход которого через второй резистор подключен к его же инвертирующему входу, соединенному через первичную обмотку трансформатора с земляной шиной, общая точка первого резистора и конденсатора через вторичную обмотку трансформатора подключена к неинвертирующему входу второго ОУ, инвертирующий вход которого соединен с его же выходом.connected to the signal source, the second output of the capacitor is connected to the ground bus, the common point of the first resistor and capacitor is connected to the non-inverting input of the first op-amp, the output of which through the second resistor is connected to its inverting input connected through the primary winding of the transformer to the ground bus, the common point of the first the resistor and capacitor through the secondary winding of the transformer is connected to the non-inverting input of the second op-amp, the inverting input of which is connected to its own output.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемое решение соответствует условию «новизна.The analysis of the prior art made it possible to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features that are identical to all the features of the claimed utility model, and the determination from the list of analogues of the prototype made it possible to identify a set of significant distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed device set forth in the useful formula models. Therefore, the claimed solution meets the condition of "novelty.

На чертеже представлена схема устройства. Оно содержит источник сигнала 1, первый резистор 2, конденсатор 3, первый ОУ 4, второй резистор 5, трансформатор напряжения 6, второй ОУ 7.The drawing shows a diagram of the device. It contains a signal source 1, a first resistor 2, a capacitor 3, a first op-amp 4, a second resistor 5, a voltage transformer 6, and a second op-amp 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Входное периодическое напряжение м/ (в общем случае - несинусоидальное), содержащее переменную щ и постоянную U составляющие, с выхода источника 1 подается на RC цепь, содержащую первый резистор 2 и конденсатор 3. Постоянная составляющая С/, выделяется на конденсаторе 3The input periodic voltage m / (generally non-sinusoidal), containing the variable u and constant U components, is supplied from the output of source 1 to an RC circuit containing the first resistor 2 and capacitor 3. The constant component C / is allocated to the capacitor 3

без изменения, а переменная составляющая ослабляется, поскольку RC имеет АЧХ вида:unchanged, and the variable component is attenuated, since RC has the frequency response of the form:

К,(со} ,(1)K, (co}, (1)

где - сопротивление резистора 2, Сз - емкость конденсатора 3. Напряжение wj с конденсатора 3, содержащее переменную и составляющие постоянную (последняя равна постоянной составляющей входного напряжения):where is the resistance of the resistor 2, C3 is the capacitance of the capacitor 3. The voltage wj from the capacitor 3, containing a variable and a constant component (the latter is equal to the DC component of the input voltage):

(2)(2)

подается на вход первого ОУ 4, включенного по схеме повторителя напряжения. Его выходное напряжение через второй резистор 5 подается на первичную обмотку трансформатора напряжения 6. Второй резистор 5 (его сопротивление не превышает 100...200 Ом) устраняет перегрузку второго ОУ 4 по постоянному току. Этот резистор охвачен отрицательной обратной связью, поэтому его влияние на коэффициент передачи ОУ 4 минимально.fed to the input of the first op-amp 4, included in the voltage follower circuit. Its output voltage through the second resistor 5 is fed to the primary winding of the voltage transformer 6. The second resistor 5 (its resistance does not exceed 100 ... 200 Ohms) eliminates the overload of the second op-amp 4 by direct current. This resistor is covered by negative feedback, so its effect on the gain of the op-amp 4 is minimal.

Коэффициент трансформации трансформатора 6 должен быть выбран следующим образом:The transformation ratio of the transformer 6 should be selected as follows:

.(3). (3)

что обеспечивается соответствующим выбором числа витков обмоток трансформатора и противофазным включением последних (показано на рисунке). Поэтому напряжение на его выходе (т.е. вторичной обмотке трансформатора)this is ensured by the appropriate choice of the number of turns of the transformer windings and the antiphase inclusion of the latter (shown in the figure). Therefore, the voltage at its output (i.e. the secondary winding of the transformer)

«6 -мз,(4)6-ms, (4)

где Мз переменная составляющая напряжения на конденсаторе 3.where Ms is the variable component of the voltage across the capacitor 3.

Таким образом, с учетом (2) и (4), напряжение на неинвертирующем входе второго ОУ 7 (в точке а)Thus, taking into account (2) and (4), the voltage at the non-inverting input of the second OS 7 (at point a)

«а З + б «3 + f/i - Мз t/,,(5)"A 3 + b" 3 + f / i - Mz t / ,, (5)

Т.е. равно постоянной составляющей входного напряжения. Второй ОУ 7 собран по схеме повторителя напряжения, поэтому выходное напряжение устройства также определяется выражением (5).Those. equal to the DC component of the input voltage. The second op-amp 7 is assembled according to the voltage follower circuit, so the output voltage of the device is also determined by expression (5).

В предложенном устройстве имеется два инерционных звена для выделения и компенсации переменной составляющей входного напряжения, причем они соединены таким образом, что при условии (3) возможна практически полная компенсация указанной составляющей. Это позволяет существенно повысить точность фильтрации постоянной составляющей.The proposed device has two inertial links for isolating and compensating for the variable component of the input voltage, and they are connected in such a way that under condition (3) almost complete compensation of the specified component is possible. This allows you to significantly improve the accuracy of filtering the DC component.

Таким образом, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Также, устройство, воплощающее заявленное решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, for the claimed device in the form as described in the independent clause of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means described in the application is confirmed. Also, a device embodying the claimed solution in its implementation is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability.

Claims

A device for isolating a DC component, comprising a first resistor, a capacitor, a first operational amplifier (op-amp), the resistor and capacitor connected in series, characterized in that a voltage transformer, a second resistor and a second op-amp are introduced into it, the second output of the first resistor being connected to a source signal, the second output of the capacitor is connected to the ground bus, the common point of the first resistor and capacitor is connected to the non-inverting input of the first op-amp, the output of which is connected through the second resistor its inverting input is connected via the primary winding of the transformer to earth ground, the common point of the first resistor and a capacitor through the secondary winding of the transformer is connected to the noninverting input of the second op amp inverting input of which is connected to its output.