SU930133A1 - Устройство дл воспроизведени переменного напр жени - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при разработке эталонов и образцовых мер напряжения постоянного и переменного тока инфразвуковых и звуковых частот, а также при создании устройств переноса высокочастотного спектра в спектр низких частот без искажения формы напряжения и фазовых соотношений .

Известно устройство для воспроизведения переменного, напряжения, работающее по принципу ступенчатой аппроксимаций заданной функции, выходного напряжения и содержащее в качестве основных углов цифроаналоговый преобразователь и блок сравнения [1] .

Недостаток этого устройства заключается в низкой точности воспроизведения из-за конечного числа элементов, участвующих в задании дис2 кретных значений функции выходного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для воспроизведения переменного напряжения, основанное на частотном преобразовании воспроизводимого напряжения высокой частоты напряжением регулируемой низкой частоты и содержащее, в частности, низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра низких частот [2].

Недостаток известного устройства, также связан с малой точностью воспроизведения, обусловленной нестабильностью входящего в состав устройства смесителя и неравномерностью амплитудно-частотной характеристики перестраиваемого фильтра нижних частот .

Цель изобретения - повышение точ ности воспроизведения измерительного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для воспроизведения 5 переменного напряжения, содержащее низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра нижних частот, введены блок опорного напряжения, вы- 10 прямитель, два ключа и дополнительные низкочастотный генератор, фильтр нижних частот и усилитель, оба низко частотных генератора выполнены с линейно изменяющимися выходными напря- 15 жениями, а оба усилителя - с дифференциальными входами, причем выход блока опорного напряжения соединен с питающими входами обоих ключей, входы первого усилителя подключены к 20 входу устройства и выходу первого низл<очастотного генератора, а выход через один из ключей - к входу пер-~ вого фильтра нижних частот, выход второго низкочастотного генератора сое- ₂₅ динен с соответствующим входом второго усилителя, выход которого через другой ключ подключен ко входу второго фильтра нижних частот, питающий вход первого низкочастотного генера- _м тора через выпрямитель соединен со входом устройства, а питающий вход · второго низкочастотного генератора подключен к выходу блока опорного напряжения. .

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства для воспроизведения переменного напряжения; на фиг; 2 - вре- ₄₀ менные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу.

В состав устройства входят низкочастотные генераторы 1 и. 2 с линейно изменяющимися выходными напря- _<5 жениями, дифференциальные усилители 3 и 4, фильтры нижних частот 5 и 6, ключи 7 и 8, выпрямитель 9,блок 10 опорного напряжения. Фильтр нижних частот 5 выполняется с исключением постоянной составляющей сигна- ⁵⁰ ла (для отображения отмеченного конструктивного признака на схеме ус^ ловно в качестве самостоятельного блока показан разделительный конденсаторный элемент 11). Кроме того, по-⁵⁵ .зицией 12 обозначен высокочастотный генератор воспроизводимого переменного напряжения.

на фиг. 2 а-е отмечены воспроиз водимое высокочастотное переменное напряжение 13 с периодом Т^д, первое низкочастотное линейно изменяющееся напряжение 14 с периодом Т^_4<, последовательность прямоугольных широтно-модулированных импульсов 15, стабилизированных по уровню постоянного опорного напряжения Е_е, низкочастотное напряжение 16, представляющее собой обратную функцию напряжения 13, нулевой уровень 17 напряжения 16, второе низкочастотное линейно, изменяющееся напряжения 18 с периодом Тн42^и симметричное относительно уровня 17, последовательность прямоугольных широтно-модулированных импульсов 19, также стабилизированных по уровню постоянного опорного напряжения Е_о, выходное переменное напряжение 20 с амплитудой U_m, выходное постоянное напряжение 21 с уровнем U_o, равным Up,. Диаграммы' на фиг.2 аизображены в масштабе времени t , а диаграммы на фиг.2 г-е - в масштабе nt, т.е. в масштабе времени, уплотненном в η раз.

Работа устройства происходит следующим образом.

_г Стабилизированное высокочастотное напряжение 13 (фиг.2,а), поступающее с выхода генератора 12, сравнивается с низкочастотным линейно изменяющимся напряжением 14 тай же амплитуды,, вырабатываемым генератором 1 при участии выпрямителя 9· ' Путем усиления и двухстороннего ограничения амплитуд в усилителе 3 осуществляется широтно-импульсная 'модуляция результатов сравнения. В те моменты времени, когда мгновенные значения напряжения 13 превышают напряжение 14, формируются импульсы положительной полярности, а в остальные моменты времени - паузы, причем сумма длительностей импульса и паузы соответствует периоду Τ_β4. С помощью ключа 7 и блока 10 опорного напряжения широтно-модулированные импульсы стабилизируются по уровню постоянного опорного напряжения Е_л (фиг.2,б). Далее йз импульсной последовательности 15 посредством, например, разделительного конденсаторного элемента 11 и фильтра 5 выделяется низкочастотное напряжение 16 (.фиг.2,в), симметричное относительно нулевого уровня 17. Это напряжение, как уже отмечалось, представляет сот i

930133 6 бой обратную функцию напряжения 13 (в данном случае arcsin) и имеет размах, равный Е_о. Напряжение 16 сравнивается с низкочастотным линейно изменяющимся напряжением 18. той 5 же амплитуды (фиг.2,г), вырабатываемым генератором 2. Путем усиления и двухстороннего ограничения амплитуд в усилителе 4 осуществляется широтно-импульсная модуляция результатов ¹⁰ сравнения. Напряжение (импульс) на выходе усилителя 4 управляет работой ключа 8. С помощью ключа 8 и блока 10 опорного напряжения широтно-модулированные импульсы стабили- ¹⁵ зируются по уровню постоянного опорного напряжения E_fl(фиг.2,д). Далее . из импульсной последовательности 19 посредством фильтра 6 выделяется низкочастотное напряжение 20 (фиг.2,е)_} ²⁰ форма которого повторяет форму напряжения 13.

Следует отметить, что устранение постоянной составляющей напряжения 16 и формирование таким образом ²⁵ сравниваемых напряжений 16 и 18, симметричными относительно одного и того же нулевого уровня 17» в ряде случаев может оказаться нерациональным. При наличии постоянной сос- ³⁰ тавляющей напряжения 16 напряжение 18 следует формировать симметричным относительно уровня Е_о/2.

Предложенное техническое решение 35 позволяет существенно повысить точность воспроизведения переменного напряжения и его стабильность, особенно в области инфразвуковых частот, за счет использования принципа 40 широко-импульсной модуляции совместно с блоком опорного постоянного налряжения.

Claims (2)

1. ) УСТРОЙСТВО дл  ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  использовани  при разработке эталонов и образцовых мер напр жени  посто нного и переменного тока инфразвуковых и звуковых часто а также при создании устройств переноса высокочастотного спектра в спектр низких частот без искажени  формы напр жени  и фазовых соотношений . Известно устройство дл  воспроизведени  переменного, напр жени , работающее по принципу ступенчатой аппроксимаций заданной функции, вы ходного напр жени  и содержащее в честве основных углов цифроаналоговый преобразователь и блок сравнени  ij Недостаток этого устройства зак лючаетс  в низкой точности воспроизведени  из-за конечного числа эл ментов, участвующих в задании дисНАПРЯЖЕНИЯ кретных значений функции выходного сигнала. Наиболее -близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  воспроизведени  переменного напр жени , основанное на частотном преобразовании воспроизводимого напр жени  высокой частоты напр  ; ением регулируемой низкой частоты и содержащее, в частности, низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра низких частот 2. Недостаток известного устройства, также св зан с малой точностью воспроизведени , обусловленной нестабильностью вход щего в состав устройства смесител  и неравномерностью амплитудно-частотной характеристики перестраиваемого фильтра нижних частот . Цель изобретени  - повышение точности воспроизведени  измерительного устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  воспроизведени  переменного напр жени , содержащее низкочастотный генератор, фильтр ниж них частот, усилитель, установленный на выходе фильтра нижних частот, вве дены блок опорного напр жени , выпр митель , два ключа и дополнительные низкочастотный генератор, фильтр нижних частот и усилитель, оба низко частотных генератора выполнены с линейно измен ющимис  выходными напр жени ми , а оба усилител  - с дифференциальными входами, причем выход ; блока опорного напр жени  соединен с питаш1ими входами обоих ключей, -входы первого усилител  подключены к входу устройства и выходу первого низл рчастотного генератора, а выход через один из ключей - к входу пер- вого фильтра нижних частот, выход вт рого низкочастотного генератора соединен с соответствующим входом второго усилител , выход которого через другой ключ подключен ко входу второго фильтра нижних частот, питающий вход первого низкoчacтotнoгo генератора через выпр митель соединен со входом устройства, а питающий вход второго низкочастотного генератора подключен к выходу блока опорного напр жени . . На фиг. 1 представлена функциональна  схема предложенного устройства дл  воспроизведени  переменного напр жени ; на фиг; 2 - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу. В состав устройства вход т низкочастотные генераторы 1 и, 2 с линейно измен )01(имис  выходными напр жени ми , дифференциальные усилители 3 и i, фильтры нижних частот 5 и 6, ключи 7 и 8, выпр митель 9.блок to опорного напр  хени . Фильтр нижних частот 5 выполн етс  с исключением посто нной составл ющей сигнала (дл  отображени  отмеченного конструктивного признака на схеме поено .в качестве самосто тельного блока показан рг зделительный конденсаторный элемент 11). Кроме того, по . зицией t2 обозначен высокочастотный генератор воспроизводимого переменного напр жени . На фиг. 2 а-е отмечены воспроиз- I водимое высокочастотное переменное напр жение 13 с периодом Тцд, первое низкочастотное линейно измен ющеес  напр жение 1 с периодом Т, последовательность пр моугольных широтно-модулированных импульсов 15, стабилизированных по уровню посто нного опорного напр жени  Е, низкочастотное напр жение 16, представл ющее собой обратную функцию напр жени  13. нулевой уровень 1 напр жени  16, второе низкочастотное линейно, измен ющеес  напр жени  18 с периодом симметричное относительно уровн  17, последовательность пр моугольных широтно-модулированных импульсов 19, также :табилизированных по уровню постогТнного опорного напр жени  ЕО, выходное переменное напр жение 20 с амплитудой Ufn, выходное посто нное напр жение 21 с уровнем Ufj, равным U|. Диаграммы на фиг.2 аизображены в масштабе времени t , а диаграммы на фиг.2 г-е - в масштабе nt, т.е. в масштабе времени, уплотненном в п раз. Работа устройства происходит следующим образом. |, Стабилизированное высокочастотное напр жение 13 (фиг.2,а), поступающее с выхода генератора 12, сравниваетс  с низкочастотным линейно измен ющимс  напр жением 1А тай же амплитуды,, вырабатываемым генератором 1 при участии выпр мител  9. Путем усилени  и двухстороннего ограничени  амплитуд в усилителе 3 осуществл етс  широтно-импульсна  моду .п ци  результатов сравнени . В те моменты времени, когда мгновенные знамени  напр жени  13 превышают напр жение Н, формируютс  импульсы положительной пол рности, а в остальные моменты времени - паузы, причем сумма длительностей импульса и паузы соответствует периоду Т. С помощью ключа 7 и блока 10 опорного напр жени  широтно-модулированные импульсы стабилизируютс  по уровню посто нного опорного напр жени  Е (фиг.2,б). Далее из импульсной последовательности 15 посредством, например , разделительного конденсаторного элемента 11 и фильтра 5 выдел етс  низкочастотное напр жение 16 Сфиг.2,в), симметричное относительно нулевого уровн  17. Это напр жение как уже отмечалось, представл ет сот 5 бой обратную функцию напр жени  13 (в данном случае arcsin) и имеет размах, равный EQ. Напр жение 16 сравниваетс  с низкочастотным линей но измен ющимс  напр жением 18. той же амплитуды (фиг,2,г), вырабатывае мым генератором 2. Путем усилени  и двухстороннего ограничени  амплитуд в усилителе k осуществл етс  широтно-импульсна  модул ци  результатов сравнени . Напр жение (импульс) на выходе усилител  k управл ет работой ключа 8. С помощью ключа 8 и блока 10 опорного напр жени  широтно-модулированные импульсы стабилизируютс  по уровню посто нного опор ного напр жени  EQ(фиг.2,д). Далее из импульсной последовательности 19 посредством фильтра 6 выдел етс  ни кочастотное напр жение 20 (фиг.2,е) форма которого повтор ет форму напр жени  13. Следует отметить, что устранение посто нной составл ющей напр жени  1б и формирование таким образом сравниваемых напр жений 1б и 18, симметричными относительно одного и того же нулевого уровн  17, в р де случаев может оказатьс  нерациональным . При наличии посто нной сое тавл ющей напр жени  16 напр жение 18 следует формировать симметричным относительно уровн  f.Q/2, Предложенное техническое решение позвол ет существенно повысить точность воспроизведени  переменного напр жени  и его стабильность, особенно в области инфразвуковых частот , за счет использовани  принципа широко-импульсной модул ции совместно с блоком опорного посто нного напр жени . 36 Формула изобретени  Устройство дл  воспроизведени  переменного напр жени , содержащее низкочастотный генератор, фильтр нижних частот, усилитель, установленный на выходе фильтра нижних частот, отличающеес  тем, чта, с целью повышени  точности воспроизведени , в него введены блок опорного напр жени , выпр митель, два ключа -и дополнительные низкочастотный генератор, фильтр нижних частот и усилитель, оба низкочастотных генератора выполнены с линейно измен ющимис  выходными напр жени ми, а оба усилител  - с дифференциальными входами , примем выход блока опорного напр жени  соединен с питающими входами обоих ключей, входы первого усилител  подключены к входу устройства и выходу первого низкочастотного генератора, а выход через один из ключей - к входу первого фильтра нижних частот, выход второго низкочастотного генератора соединен с соответствующим входом второго усилител , выход которого через другой ключ подключен ко входу второго фильтра нижних частот, питающий вход . первого низкочастотного генератора через вьктр митель соединен со.входом устройства, а питающий вход второго низкочастотного генератора подключен к выходу блока .опорного напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Кончаловский В. Д. и др. Электрические измерительные преобразователи , М-.Л., Энерги , 1967, с.ЗОЗ307 .
2. 2.Лозицкий Б.И. и Мельниченко И.И. Электрорадиоизмерени . М., Энерги  1976, с. 141.