SU1164618A1 - Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения - Google Patents

Description

Изобретение относится к устройствам для электроизмерений и может быть использовано в аналоговой и цифровых вольтметрах переменного тока.

Известен линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, выполненный по автокомпенсационному методу реализации и содержащий блоки суммирования и вычитания, связанные с блоком перемножения, выход которого соединен с интегратором 01·

Недостаток известного устройства заключается в ограниченном динамическом диапазоне выходного напряжения, поскольку на входе интегратора сравниваются квадраты входного и выходного напряженийНаиболее близок к предлагаемому по технической сущности линейный, .преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, выполненные на одном кристалле, затворы которых связаны черёз последовательно соединенные первый и второй резисторы,третий и четвертый резисторы, каждый из которых включен между затвором и стоком соответственно первого и второго транзисторов, усилитель разбаланса, выход которого подключен к соединенным между собой выводам первого и второго резисторов, а вход - к истоку второго транзистора и через пятый резистор

• к входной шине, интегрирующий усилитель с цепью отрицательной, обратной связи, содержащей параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий вход интегрирующего усилителя подключен к истоку первого транзистора, а выход'к выходной шине, инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходной шиной и шестой резистор, через который выход инвертирующего усилителя подключен к входу усилителя разбаланса, сток первого транзистора соединен с входной, а сток второго - с выходной шинами [2 3.

Известный линейный преобразователь имеет недостаточную устойчивость и точность. Невысокая устойчивость объясняется тем, что при подаче входного сигнала на вход усилителя разбаланса до установле18 2 ния выходного напряжения преобразователя, задержанного вследствие инерционности интегрирующего усилителя, действует входное переменное напряжение, которое может его насытить. Если выходное напряжение насыщения усилителя разбаланса отрицательно, то выходное напряжение преобразователя положительно. Это напряжение через канал второго полевого транзистора оказывается .приложенным к инвертирующему входу усилителя разбаланса, при этом образуется цепь положительной обратной связи усилителя разбаланса,, приводящая к потере работоспособности преобразователя. Невысокая точность обусловлена погрешностью преобразования при наличии во входном сигнале постоянной составляющей, например, вследствие дрейфа нуля источника сигнала.

Цель изобретения - повышение устойчивости и точности.

Поставленная цель достигается тем, что в линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, выполненные на одном кристалле, затворы которых связаны через последовательно соединенные первый и второй резисторы, третий и четвертый резисторы, каждый из которых включен между затвором и стоком соответственно первого и второго транзисторов, усилитель разбаланса, выход которого подключен к соединенным между собой выводам первого и второго резисторов, а вход - к истоку

-второго транзистора и через пятый резистор к входной шине,интегрирующий усилитель с цепью отрицательной обратной связи, содержащей параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий вход интегрирующего усилителя подключен к истоку первого транзистора, а выход - к выходной шине, первый инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходной шиной, и шестой резистор, дополнительно введены второй инвертирующий усилитель вход которого подключен к входной шине, а выход - к стоку первого транзистора, выход первого инвертирующего усилителя соединен со стоком второго транзистора, исток

1164618

которого через шестой резистор подключен к выходной шине.

Кроме того, в линейный преобразователь дополнительно введены седьмой резистор, включенный между стоком первого транзистора и неинвертирующим входом интегрирующего усилителя, и параллельно соединенные восьмой резистор и конденсатор, включенные между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя и общей шиной, при этом отношение сопротивлений восьмого и седьмого резисторов равно отношению сопротивления резистора цепи обратной связи интегрирующего усилителя и постоянной составляющей сопротивления канала первого полевого транзистора.

На чертеже приведена электрическая схема линейного преобразователя действующего значения переменного напряжения.

Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения содержит первый 1 и второй 2 полевые транзисторы, выполненные на одном кристалле, затворы которых связаны через последовательно соединенные первый 3 и второй 4 резисторы, третий 5 и четвертый 6 резисторы, каждый из которых включен между затвором и стоком соответственно первого 1 и второго 2 транзисторов, усилитель 7 разбаланса, выход которого подключен к соетдиненным между собой выводам первого 3 и второго 4 резисторов, а вход - к истоку второго транзистора 2 и через пятый резистор 8 к входной шине, интегрирующий усилитель 9 с цепью отрицательной обратной связи, содержащей параллельно соединенные резистор 10 и конденсатор 11, инвертирующий вход интегрирующего усилителя 9 подключен к истоку первого транзистора 1, а выход - к выходной шине, первый инвертирующий усилитель 12, вход которого соединен с выходной шиной, и шестой резистор 13, а также'второй инвертирующий усилитель 14,. вход которого подключен к входной шине, а выход - к стоку первого транзистора 1, выход первого инвертирующего усилителя 12 соединен со стоком второго транзистора 2, исток которого через шестой резистор 13 подключен к выходной шине, седьмой резистор 15, включенный между стоком первого транзистора 1 и неинвертирующим входом интегри5 рующего усилителя 9, и параллельно соединенные восьмой резистор 16 и конденсатор 17, включенные между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя 9 и общей шиной,

1° при этом отношение сопротивлений восьмого 16 и седьмого 15 резисторов равно отношению сопротивления резистора цепи 10 обратной связи интегрирующего усилителя 9 и пос15 тоянной составляющей сопротивления канала первого полевого транэис-* тора 1.

Линейный преобразователь действующего значения переменного на20 пряжения работает следующим образом.

На входную шину преобразователя и далее на вход усилителя 7 разбаланса через резистор 8 подается

25 переменное входное.напряжение.Кроме того, в установившемся режиме на вход усилителя 7 разбаланса че- ( рез резистор 13 поступает постоянное выходное напряжение. Усилитель

30 7 разбаланса усиливает разность

этих напряжений, что вызывает появление на его выходе параллель-, ного напряжения, приложенного к затворам первого 1 и второго 2

35 полевых транзисторов, вызывающего модуляцию проводимости их каналов. Через канал второго полевого транзистора 2 протекает’ постоянный ток с выхода инвертирующего усилителя

40 12, на вход которого подано выходное постоянное напряжение. Поскольку ток, протекающий через канал второго полевого транзистора 2, имеет постоянную составляющую й

45 изменяется в соответствии с напряжением ,на затворе упомянутого транзистора противофазно по отношению к входному напряжению, то алгебраическая сумма токов на входе усилите50 ля 7 разбаланса близка к нулю. Резисторы 3-6 обеспечивают линейность стоковых вольтамперных характеристик транзисторов 1 и,2. Входное напряжение поступает также

55 через инвертирующий усилитель 14

на сток полевого транзистора 2.Если

емкость конденсатора 17 достаточно

велика, чтобы на юшимальной частоте входного напряжения ч>_и шунтировать неинвертирующий вход интегрирующего усилителя 9

1164618 ·6

Выходное напряжение преобразователя равно падению напряжения на резисторе 10 при протекании через него тока ι,

ВЫХ

0х

и.

• (ϋ

где и Κ._γ6 - сопротивления резисторов 15 и 16;

0_ί? - емкость конденсатора 17,

то ток,протекающий через канал первоI го полевого транзистора 1,равен

1? -и.//¹' <0

где и_вх - входное напряжение;

К₇ - коэффициент усиления

инвертирующего усилителя 14;

С' - проводимость канала первого полевого транзистора 1.

Как было показано выше, сумма токов на входе усилителя разбаланса 7 практически равна нулю.

'ВЫХ 1 '1 8

соотношения (6) следует,

10

15

20

25

^{+ +} и_ВыЛ2^с = о,

(2)

где Я_в и К₁₃

сопротивления резисторов 8 и 13; и_вЫ)г - выходное напряжение . преобразователя;

К₂ - коэффициент усиления инвертирующего уси-и· теля 12;

С - проводимость канала второго полевого транзистора 2.

Из соотношения (2) следует, что

30

35

40

вх

кн,и_М(Х

(3)

Параметры транзисторов 1 и 2 идентичны и управляются одним сигна лом, поэтому С = С’. Из соотноше- 45

ний,(1) и (3) получают . М-, “вх*·,

^{1 К}2^К10 вых

Из выражения (4) следует, что ток ц имеет переменную ί и постоянную ί₁₌ составляющую, причем постоянная составляющая после интегрирования интегрирующим усилителем 9 равна_γ ,

и_8х

>(4)

50

55

^Вых^в

4А.

Иэ соотношения следует, что постоянное выходное напряжение пропорционально действующему значению входного напряжения

’бМх

10

К, К,

и* άΐ 6х

(1)

Подключение выхода инвертирующего усилителя 12 к стоку полевого / транзистора 2, истока транзистора 2 через резистор 13 - к выходной шине, а стока первого транзистора 1 - к выходу инвертирующего усилителя 14, вход которого подключен к входной шине, обеспечивает при отрицательном напряжении на выходе усилителя 7 разбаланса подачу отрицательного напряжения на его вход, чем исключается возможность насыщения усилителя 7 разбаланса и, следовательно, повышается устойчивость работы преобразователя.

Если на выходе инвертирующего усилителя' 14 имеется постоянная составляющая вследствие его собственного смещения или наличия постоянной составляющей в входном напряжении, то приращение выходного напряжения

^Δ^6ΜΧ

где

составит 1+Я

('

до о

(8)

и₀ - постоянная составляющая напряжения •на выходе инвертирую· щего усилителя 14;

постоянная составляющая проводимости канала полевого транзистора 1; соответствующая постоянная составляющая сопротивления. Обычно Κ_Υί » Я₁₅ , поэтому постоянная составляющая Ιζ передается на выход преобразователя без усиления . При выполнении соотношения

С_в »·

я*

к. Рк

ю _ 18

(9]

(51

7

1164-618

из выражения (8) следует, что Ди_б(>1Х= 0, т.е. погрешность преобразования, вызванная постоянной составляющей, исключается а, значит, повышается точность преобразования.

Таким образом, повышается устойчивость работы и точность преобразования предлагаемого преобразователя.

8

Кроме того, уменьшается вдвое погрешность преобразования, зависящая от нестабильности коэффициента передачи инвертирующего усилителя 12,

5 если он выполнен на операционном усилителе с входным резистором и резистором в цепи обратной связи.

12

□-

Claims (2)

1. ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий первый и второй полевые транзисторы, выполненные на одном кристалле, затворы которых связаны через последовательно соединенные первый и второй резисторы, третий и четвертый резисторы, каждый из которых включен между затвором и стоком соответственно первого и второго транзисторов, усилитель разбаланса, выход которого подключен к соединенным между собой выводам первого и второго резисторов, а вход - к истоку второго транзистора и через пятый резистор к входной шине, интегрирующий усилитель с цепью отрицательной обратной связи, содержащей параллельно соединенные резистор и конденсатор, инвертирующий вход интегрирующего усилителя подключен к истоку первого транзистора, а выход - к выходной шине, первый инвертирующий усилитель, вход которого,- . соединен с выходной шиной, и шестой резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости, в него дополнительно введены второй инвертирующий усилитель, вход которого подключен к входной шине, а выход - к стоку первого транзистора, выход первого инвертирующего усилителя соединен со стоком второго транзистора, исток которого через шестой резистор подключен к выходной шине.

2. Преобразователь по π.1, о тличающййся тем, что, с .целью повышения точности, в него дополнительно введены седьмой резистор, включенный между стоком первого транзистора и неинвертирующим входом интегрирующего усилителя, и параллельно соединенные восьмой резистор и конденсатор, включенные между неинвертирующим входом интегрирующего усилителя и общей шиной, при этом отношение сопротивлений восьмого и седьмого резистора равно отношению сопротивления резистора цепи обратной связи интегрирующего усилителя и постоянной составляющей сопротивления канала первого полевого транзистора.

зи „„ 1164618

^{1 11}