SU1524006A1 - Линейный преобразователь действующего значени переменного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике. Преобразователь содержит усилители 1 и 11 разбаланса, инвертирующие усилители 5 и 14, полевые транзисторы 3, 4 и 12, фильтры 2 и 9 нижних частот, резисторы 6 и 8 и источник 13 опорного напр жени . Введение в преобразователь полевого транзистора 15 и инвертирующего усилител  16 с соответствующими функциональными св з ми обеспечивает компенсацию погрешностей, обусловленных вли нием посто нной составл ющей проводимости канала полевого транзистора 4, а также зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов 3, 4, 12 и 15 от напр жений на их стоках, что расшир ет динамический диапазон преобразовател  и повышает точность преобразовани . Преимуществом преоразовател   вл етс  возможность преобразовани  сигналов, имеющих посто нную составл ющую, а также сигналов с большим значением коэффициента амплитуды. 1 ил.

Description

О5

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых вольтметрах переменного напр жени , а также в информационно-измерительных системах.

Цель изобретени  - расширение динамического диапазона и повышение точности преобразовани .

На чертеже изображена электрическа  схема линейного преобразовател  действующего значени  напр жени .

Линейный преобразователь действующего значени  переменного напр жени  содержит усилитель 1 , разбаланса, выход которого соединен с входом фильтра 2 нижних частот и с затворами полевых транзисторов 3 и 4, истоки которых подключены соответственно к входу усилител  1 разбаланса и входу инвертирующего усилител  5, резистор 6, один вывод которого соединен со стоком полевого транзистора 4 и с входной Шиной 7 преобразовател , а другой подключен к истоку полевого транзистора 3, резистор 8, один вывод которого присоединен к входу инвертирующего усилител  5, а другой соединен с его выходом и вхп - дом фильтра 9 нижних частот, к выходу которого подключен сток полевого транзистора 3, соедине}шый с выходной ишной 10 преобразовател , усилитель П разбаланса, выход которого подключен к затвору полевого транзистора 12, а ei o первьй и второй входы соединены соответственно с выходом фильтра 2 нижнIiX частот и выходом источника 13 опорного напр жени .

Преобразователь также содержит инвертирующий усилитель 14, полевой тргнзистор 15 и инвертирующиз1 усилитель 16. Сток полевого транзистора 15 соединен со стоком полевого транзистора 4, затвор - с выходом фильтра 2 нижних частот, а исток через инвертирующий усилитель 16 св зан с истоком полевого транзистора 4, Вход инвертирующего усилител  14 соединен с истоком полевого транзистора 12, а его выход подключен к истоку полевого транзистора 3, к стоку которого при соединен сток полевого транзистора 12

Преобразователь работает следующим образом.

На вход усилител  1 разбаланса через сопротивление канала полевого транзистора 3 и параллельно соедине.н0

5

0

ное с ним сопротивление канала полевого транзистора 12 и инвертирующий усилитель 14 с выхода фильтра 9 нижних частот поступает выходное напр жение преобразовател . На этот же вход усилител  1 разбаланса через резистор 6 подаетс  входное напр жение Ug(t). Выходное напр жение усилител  1 разбаланса вызывает модул цию сопротивлени  канала полевого транзистора 3 и одновременно измен ет сопротивление канала полевого транзистора 4,

Св зь величины модул ции сопротивлени  канала полевого транзистора 3 с величинами входного напр жени  Ugj(t) и выходного напр жени  U g, преобразоватрл  определ етс  уравнением:

5

0

5

0

UBx(t) G - и.

G,,+

и,

где

и G

G.

2

ВИ« 2 - ВИх 3 - О ,

(1)

- проводимость каналов полевых транзисторов 3 и 12 соответственно ;

- проводимость резистора 6.

При этом цепь, образованна  усилител ми 1 и 11 разбаланса, полевым транзистором 12, фильтром 2 нижних частот и источником 13 опорного напр жени , обеспечивает слежение за дрейфом нулевого уровн  усилител  1 разбаланса. Эта дбпь, кроме того, обеспечивает установку начального значени  сопротивлени  канала полевого транзистора 12.

Из уравнени  (l) следует, что

r,j G , G

Uex(.t)

и;ь«х

(2)

5

0

Ток стока полевого транзистора в режиме управл емой проводимости описываетс  следук цим уравнением:

3/2 /,, . ,, 311

- -нт

Uc2 3

V,-(V,

и

1/2 3с

.

(3)

где RO - сопротивление канала полевого транзистора при U с

О, и

0;

и с - напр жение сток-исток; Из - напр жение затвор-исток; Ujp- напр жение отсечки.

Рйзлага  это выражение в р д и ог раничива сь величинами второй степени малости дл  проводимости G канала полевого транзистора, получают вьфажение:

G G.

-R;/ -4- ;)

с„(1 где

0 - проводимость канала полевого транзистора при

Uc .

Первые два слагаемых в скобках не завис т от напр жени  на стоке поле вого транзистора, и поэтому уравнение (4) дл  полевого транзистора 3 можно записать в ввде:

G G.d-c/- - /iUj где о yUj/Ujo ,

/5 l/2-.Vu j-U

Jo

Так как на вход инвертирующего усилител  5 через канал полевого транзистора 4 и через последовательно соединенные канал полевого транзистора I5 и инвертирующий усилитель 16 поступает входное напр жение Uj (t), то на выходе усилител  5 имеет место напр жение 1), величина которого определ етс  из следующего уравнени :

и.

Ugjt)

CG,- G,,J

. G,/l -, -,U,,)- 8

-G,5( -,,r Uc,)J,

де G,G|

и G

fj

Uc4 и и,„

-проводимость канала полевого тран- зистора 4, резистора 8 и канала полевого транзистора

15 соответственно;

-напр жение сток- исток- полевых тран

зисторов 4 и 15 соответственно; Проводимость канала пиленого транзистора 4 при напр жени х сток-исток и затвор-исток,

15

20

10

1/5 и и

равных и

зч 0;

сч

О и

5

15

И

Коэффициенты о d дл  полевых транзисторов, 4 и 15 соответственно. Параметры полевых транзисторов 3, 4,12 и 15 выбирают идентичными, поэтому Gj G, G ,20 f fi-o О, /j « 4 fl( |5 e, fi И /3., /34 /3,2. /3,j /0 модул ции каналов полевых транзисторов 12 и 15 отсутствует , т.е.

,.

s

0, так как нап

25

р жение на их затворы поступает через фильтр 2 нижних частот. С учетом этого напр жение U на выходе усилител  5 равно:

(t)

„ UB.(t) г, Ue,(t}

и,( .

+ ( U,+ и,„ - Ue,,). (7)

Напр жение на стоках полевых транзисторов 3 и 12, 4 и 15 попарно равны, поэтому они компенсируютс . После усреднени  напр жени  Uj фильтром 9 нижних частот на выходе преобразовател  будет напр жение, равное

40

45

U.UX- к -L U(t).dt , (9)

50

55

т.е. вьгходное напр жение преобразовател  пропорционально действующему значению входного напр жени .

При этом дополнительно введенные полевой транзистор 15 и инвертирующий усилитель 16, обеспечивающий изменение фазы компенсирующего сигнала формируемого с помощью полевого транзистора 15, и его подачу на вход усилител  5 осуществл ют компенсацию погрешности, вызванной вли нием посто нной составл ющей про

водимости канала полевого транзистора А , а также компенсацию погрешности , обусловленной зависимостью проводимости канала полевого транзистора А от напр жени  на его стоке. Одновременно с этим изменение последовательности включени  инвертирующего усилител  1А и полевого транзистора 12 обеспечивает синфазную подачу на стоки полевых транзисторов 3 и 12. напр жени  с выхода фильтра 9 низших частот и позвол ет осуществить компенсацию погрешности, обусловленной зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов 3 и 12 от напр жени  на их стоках. За счет этого в выходном напр жении усилител  5 отсутствуют составл ющие, которые обуславливают по вление погрешностей св  занных а зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов от напр жений на их стоках, а также с вли нием посто нной составл ющей проводимости канала полевого транзистора А, что расшир ет динамический диапазон и повышает точность преобразовани  предлагаемого преобразовател  по сравнению с известным преобразователем . Кроме того, за счет отсутстви  на выходе усилител  5 переменной составл ющей основной Частоты входного напр жени  Uj (t) значительно облегчаютс  требовани  к фильтру 9 низших частот, который можно рассчитывать на подавление напр жени  второй гармоники, к тому же значительно меньшей амплитуды. Благодар  тому, что на вход фильтра 9 низших частот поступает сигнал без указанных дополнительных составл ющих, предлагаемый преобразователь может быть также использован дл  преобразовани  входных сигналов, имеющих посто нную

составл ющую. В то же врем  больший

по сравнению с известным преобразователем динамический диапазон, обусловленный независимостью проводимости каналов полевых транзисторов от напр жени  на их стоках, обеспечивает возможность преобразовани  сигналов, имевших большой коэффициент К амплитуды .

0

5

п 5

3

0

5

0

0

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Линейный преобразователь действующего значени  переменного напр жени , содержащий первый усилитель разбаланса , выход которого соединен с входом первого фильтра нижних частот и объединенными затворами первого и второго полевых транзисторов, истоки которых подключены к входу первого усилител  разбаланса и к входу первого инвертирующего усилител  соответственно, первый резистор, первый вьшод которого соединен со стоком второго полевого транзистора и с входной шиной преобразовател , а второй вывод подключен к истоку первого полевого транзистора , второй резистор, первый вывод которого соединен с входом первого инвертирующего усилител , а второй вывод подключен к его выходу и входу второго фильтра нижних частот, выход которого соединен со стоком первого полевого транзистора и выходной шиной преобразовател , второй усилитель разбаланса, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, второй вход присоединен к выходу источника опорного напр жени , а выход подключен к затвору третьего полевого транзистора , и второй инвертирующий усилитель, отличающийс  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона и повьш1ени  точности преобразовани , в него дополнительно введены четвертый полевой транзистор и третий инвертирующий усилитель, причем сток четвертого полевого транзистора соединен со стоком второго полевого транзистора, затвор присоединен к выходу первого фильтра нижних частот , а исток подключен к входу третьего инвертирующего усилител , выход которого соединен с истоком второго полевого транзистора, сток третьего полевого транзистора подключен к стоку первого полевого транзистора, а исток соединен с входом второго инвертирующего усилител , выход которого подключен к истоку третьего полевого транзистора.