Преобразователь постоянного напряжения в переменное

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(я) 801 R 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (211 3337661/18-21 (22) 26.08.81 (46) 15.05.83. Бюл. Р 18 (72)-М.З.Роос и t0.A,Õÿììàëoâ 71) Тартусский ордена 1рудового

Красного Знамени государственный университет (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Патент CUlA Р 3195037, кл. 321-45, 1965.

2. Патент СИА Р 3384820, кл. 324-120, 1968. (54) (87) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий электростатический динамический конденсатор с возбуждающим, колеблющимся и измерительным электродами, усилитель переменного напряжения, соединенный через конденсатор с измерительным электродом, и демодулятор, выход которого через резистор соединен с возбуждающим электродом, ко„„SU„„ 1018035 А леблющийся электрод соединен с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости функционирования путем обеспечения автоматического слежения; за изменениями резонансной частоты колеблющегося электрода, дополнительно введен мулт тивибратор, выполненный в виде операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен со средним выводом резистивного делителя, подключенного между выходом операционного усилителя и общей шиной, а инвертирующий вход соединен через конденсатор с возбуждающим электродом и через резистор — с выходом операционного Pg усилителя, подключенным к входу демо дулятора, причем вход преобразователя через резистор. соединен с измерительным электродом, а выходом пре- ф „ обраэователя является выход усилителя переменного напряжения.

Я

Вв

10180.35

Изобретение относится к электро измерительной технике и предназначено для преобразования постоянного напряжения в переменное.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переМенное, содержащий электростатический динамический конденсатор с возбуждающим, измерительным и колеблющимся электродами, причем вход преобразователя через резистор соединен с измерительным электродом, а измерительный электрод через конденсатор связан с усилителем переменного напряжения, источник переменного напряжения, вход которого включен между возбуждающим и колеблю 1имся электродами, соединенными с общей шиной, между которыми включена индуктивность, об разующая совместно с этими электродами колебательный контур 11), 20

Недостатком устройства является низкая температурная стабильность, -. свяэанная с тем, что частота источника переменного напряжения должна на величину собственной частоты колеблющегося электрода превышать частоту резонанса электрического колебательного контура. Такое условие требует дополнительных мер по температурной стабилизации частоты источника переменного напряжения и.резонансной частоты колебательного контура .

Если разность частот изменяется с изменением температуры, то изменяется и глубина модуляции переменного напряжения, что приводит к изменению коэффициента модуляции динамического конденсатора, Наиболее близким к изобретению является устройство, которое может 40 бЫть использовано в качестве преобРазователя постоянного напряжения

В переменное, содержащее электростатический динамический конденсатор с

Возбуждающим, колеблющимся и измери- 4 отельным электродами, генератор переИенного напряжения, подключенный через конденсатор между возбуждающим электродом и общей шиной, усилитель переменного напряжения, вход которого через конденсатор связан с измерительным электродом, а выход через последовательно соединенные демоду- лятор, усилитель постоянного напряжения и резистор соединен с возбуждаю цим электродом, источник постоянного напряжения, включенный последовательно с резистором между общей шиной и измерительным электродом, причем вход устройства через резистор связан с возбуждающим электродом. а колеб- 60 лющийся электрод соединен с общей шиной 2 . ,Недостатком известного устройства является низкая устойчивость функцио-, нирования, связанная с отсутствием 65 отрицательной обратной связи между частотой генератора переменного напряжения и частотой колеблющегося электрода. В результате при малей- шем изменении частоты генератора переменногд напряжения или резонансной частоты колеблющегося электрода колеблющийся электрод может выйти из области резонансного колеблющегося состояния и амплитуда колебания его падает до нуля. Поэтому в известном устройстве необходима ручная подстройка частоты генератора переменного напряжения.

Цель изобретения — повышение устойчивости функционирования путем обеспечения автоматического слежения частоты генератора за изменениями резонансной частоты колеблющегося электрода.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий электростатический динамический конденсатор с возбуждающим, колеблющимся и измерительным электродами, усилитель переменного напряжения, соединенный через конденсатор с измерительным электродом, и демодулятор, вы>-.од которого через резистор соединен с возбуждающим электродом, колеблющийся электрод соединен с общей шиной, дополнительно введен мультивибратор, выполненный в виде операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соедйнен со средним выводом рез истив ного дели« теля, подключенного между выходом операционного усилителя и общей шиной, а инвертирующий вход соединен через конденсатор с возбуждающим электродом и через резистор — с вы,ходом операционного усилителя, подключенным к входу демодулятора, причем вход преобразователя через резистор соединен с измерительным электродом, а выходом преобразователр является выход усилителя переменного напряжения.

На чертеже представлена структур-. ная схема преобразователя.

Преобразователь содержит электростатический динамический конденсатор 1, .состоящий из измерительного

2 и возбуждающего 3 электродов и расположенного между ними колеблющегося электрода 4, в виде натянутой мембраны или тонкой пластинки.

Мультивибратор состоит из операционного усилителя 5, неинвертирую- t щий вход 6 которого подключен к сред ней точке делителя, образованного резисторами 7 и 8, подключенными соответственно к выходу операционного усилителя 5 и к общей шине, а инвертнрующий вход 9 через резистор 10 подключен к выходу операционного усилителя 5 и через кондечсатор 11 - квозбуждающему электроду 3 динамического конденсатора 1. Таким образом, емкость между возбуждающим электро- дом 3 и колеблющимся электродом 4, присоединенным к общей шине, определяет частоту переключение мультивибратора.

Вход демодулятора 12 подключен к выходу операционного усилителя 5.

При этом демодулятор 12 выполнен в виде многокаскадного емкостно-диодного умножителя напряжения или в виде повышающего трансформатора с выпрямителем. Амплитуда колебаний электрода 4 определяется значением постоянного напряжения на возбуждающем электроде З,.соединенным через резистор 13 с выходом демодулятора 12.

Входные клеммы 14, к которым подключается источник преобразуемого напряжений, соединены с общей шиной 20

-и через резистор 15 с измерительным электродом. 2, к которому через конден" сатор 16 подключен вход усилителя 17 переменного -HaripReeHHa. Выход 18 усилителя 17 переменного напряжения яв- 25 ляется выходом преобразователя.

Работа устройства основывается. на следующих положениях.

Электрическая сила Г притяжения между электродами 3 и 4 динамичес- 30 кого конденсатора определяется соотноь3ением . 1=ай (<) ,где а - коэффициент, определяемый конструкционными параметра- 35 ми динамического конденсатоI ра и упругими-свойствами ко. леблющегося электрода 4; 1 - напряжение, приложенное между электродами 3 и 4.

В общем случае напряжение Ц,представляет собой комбинацию постоянногс> neet и переменного Хне = 0осозсе"н апряже йий .

<=- пост + Ме.р где йр и и - аплитуда .и круговая . 45 частота переменного напряжения соответственно, Ь - время.

При щщстановке соотношение (1) принимает следующий вид: 50

% 00, с.. 2 ++ 00зосу Оо СОЯю1 .

+Щ Ц,сое;,Яи

В сву.зн с тем, что колеблющийся электрод 4 динамического конденсатора, как правило, выполняют из материала с очень высокой добротностью, колебания:электрода -4 со значительной амплитудой под действием силы Р практически возможны вблизи резонансной 60 частоты Юрз электрода 4. Таким образом, как вытекает=из соотношения (2), резонансные колебания электрода

4 можно возбуждать переменным напря.,жением, частота которого совпадает . 65 с резонансной частотой электрода 4,; при наличии постоянного напряжения между электродами 3 и 4.

Работа устройства рассматривается в двух случаях: при отсутствии и при наличии постоянного напряжения между электродами 3 и 4. Для снятия постоянного напряжения отсоедиияют резистор 13 от электрода 4. В этом случае мультивибратор, состоящий:из операционного усилителя 5, резисторов 7, 8 и 10; конденсатора 11 и емкости между электродами 3 и 4; работает .в режиме автогенерации. Йо так как отсутствует постоянное напряжение между электродами -3 и 4, электрод 4, согласно соотношению (2), находится в состоянии покоя, и в этом случае не происходит преобразования прикладываемого к входным клеммам 14. постоянного напряжения в переменное.

В этом режиме работы мультивибра тора частоту его генерации настраивают путем выбора резисторов 7, 8 и.10 около механической резонансной частоты колеблющегося электрода 4.

Для плачи постоянного напряжения . на электроды 3 и 4 резистор 13 соединяют с электродом 3. В момент включения устройства на выходе демодулятора 12 напряжение равно нулю,,следовательно, на электродах 3 и 4-отсутст» вует постоянное напряжение. Пазовому динамический конденсатор возбуждается после нескольких периодов работы. иультивибратора, когда койдеисатор, образованный электродами 3 и 4, за- рядится через высокоомный резистор..

13 до необходимого уроЪня. Тогда под действием импульсов мультивибратора, передаваемых через конденсатор 11 на элеку од 3, электрод 4 начинает колебаться с растущей амплитудой. По мере возрастания амплитуды. колебаний электрода 4 динамичеекий конденсатор сам начинает .генерировать переменный ток. При изменении меха--, ннческой резонансной частоты -колеб= лющегоая электрода 4 изменяется емкость, определяющая частоту колебаний мультивибратора, Таким образом, резонансная частота колеблющегося электрода 4 управляет рабочей. Частотой мультивибратора.

Таким образом, за счет использа.вания предложенного устройства с автоматическим слежением -за.измеие-! ниями резонансной частоты колеблющегося электрода отпадает необходимость -ручной подстройки частоты ге нератора возбуждения при- изменений резонансной частоты колеблющегося

I электрода, что имеет особое значение при производстве современных измеря тельных приборов, а также обвсаечи"- вается взаимозамеияемость.однотипных динамических конденсаторов бЕэ пере» стройки каких-.либо узлов. !