Калибратор переменного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СаЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (И) 3(Я) 6 05 Е 1 44 (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЫТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3461000/24-07 (22) 29 ° 06,82 (46) 07..11.83. Вюл. )) 41 (72) И.)). Сергеев, В.И..Губарь, Ю.В. Демченко, В.К. Рощин, В.С. Артеменко В.И. Русин и.10 Н. Власен- . ко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистичес- . кой революции (53) 621 ° 316.722(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 792235, кл. G 05 F 1/44, 1978»

2, Авторское свидетельство СССР

)) 612218, кл. G 05 F 1/40, 1977.. (54)(57) КАЛИБРАТОР ПЕРЕМЕННОГО

НИ(РЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напряжения,, выходом подключенный к входу ключа, интегратор, выход которого соединен с входом аналогового запоминающего бло-. ка, преобразователь входного сигнала во временной интервал, входом соединенный с входом управления ка либратора; а соответствующими вы- .ходами подключенный к управляющим,входам ключа и аналогового запоми нающего блока, и .линейный детектор, выход которого соединен с входом интегратора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения его быстродействия в широком диапазойе частот, в него введены регулятор постоянйого напряжения, регуля» .тор уровня, формирователь и преобразователь частоты в сигнал управления, причем вход линейного детектора подключен к выходному выводу калибратора и к выходу регулятора уровня, один вход которого соединен с выходом регулятора постоянного . напряжения, а другой вход подключен . к входному выводу калибратора, куда,Е также подключены входы формирователя и преобразователя частоты в сигнал управления, выход последнего соединен с одним из входов регулятора постоянного напряжения, другой вход которого подключен к выходу аналогового запоминающего блока, при этом выход формирователя соединен с управляющим входом аналогового запоминающего блока, а выход ключа с входом интегратора.

1053079 .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам напряжения, и может быть использовано при построении информационноизмерительных систем.

Известен калибратор переменного напряжения, который содержит задающий генератор, регулируемый усилитель, два детектора, переключаемый аттейюатор и источник опорного напряжения (11 . 10

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является калибратор переменного напряжения, содержащий источник опорного напряжения, выходом подключенный к вхо- 15 ду ключа, интегратор, выход которого соединен с входом анаяогового запоми- нающего блока, преобразователь входного сигнала во временной интервал, входом соединенный с входом управле-. 20 ния калибратора, а соответствующими выходами подключенный к управляющим входам ключа и аналогового запоминающего блока, и линейный детектор, выход которого соединен с входом интегратора (2) .

Недостатком известных устройств является невысокое быстродействие в., широком диапазоне частот переменного напряжения.

Целью и зоб рете ни я являе тся повышение быстроДействия устройства в широком диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в калибратор переменного 35 напряжения, содержащий источник опорного напряжения, выходом подключенный к входу ключа, интегратор, выход которого соединен с входом аналогового запоминающего блока, преоб- 40 раэователь входного сигнала во: временной .интервал, входом .соединенный с входом управления калибратора, а соответствующими выходами подключенный к упРавляющим входам ключа и ана-45 логового запоминающего блока, и линейный детектор, выход которого: соединен с входом интегратора, введены регулятор постоянного напряжения, регулятор уровня, формирователь и преобразователь частоты в сигнал управления, причем вход линейного детектора подключен к выходному выводу калибратора и к выходу регулятора уровня, один вход которого соединен с выходом регулятора пос55 тоянного напряжения, а другой вход подключен к входному выводу калибратора, куда также подключены входы формирователя и преобразователя. частоты в. сигнал управления, выход 60 последнего соединен с одним иэ входов регулятора постоянного напряжения, другой вход которого подключен к выходу аналогового запоминаю-, щего блока, при этом выход формиро- 65 вателя соединен с управляющим Вхо» дом аналогового запоминающего блока, а выход ключа - с входом интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема калибратора переменного напряжения, на фиг. 2 и Э - передаточные характеристики управляемого регулятора постоянного напряжения и регулятора уровня, управляемого напряжением, на фиг. 4 - структурная схема преобразователя частоты в сигнал управления.

Калибратор напряжения содержит включенные последовательно источник

1 опорного напряжения, ключ 2, интегратор 3, аналоговый запоминающий блок 4, преобразователь 5 входного сигнала во временной интервал, подключенный к входу управления калибратора, включенные последовательно управляемый регулятор 6 постоянного напряжения, регулятор 7 уровня, управляемый напряжением, и ли@ейный детектор 8, а также преобразователь

9 частоты в сигнал управления регулятором, выход которого подключен к входу управления управляемого регулятора 6 постоянного напряжения, и формирователь 10,.выход которого подключен к аналоговому запоминающему блоку 4 и к преобразователю 5 входного сигнала во временной интервал, причем вход нестабилизированного переменного напряжения калибратора подключен к входам формирователя 4, регулятора 7 уровня, управляемого напряжением,,преобразователя 9 частоты в сигнал управления регулятором б постоянного напряжения, а выход калибратора подсоединен к выходу регулятора 7 уровня и к входу линейного детектора 8, Нходное нестабилиэированное переменное напряжение поступает на вход регулятора 7 уровня; управляемого .напряжением, представляющего собой масштабный преобразователь напряжения, коэффициент передачи которо.го зависит от постоянного напряже- ния на его управляющем входе (фиг. 2а). Регулятор уровня должен иметь .монотонную непрерывную харак" теристику управления (зависимость выходного. напряжения от управляющего напряжения в диапазоне рабочих управляющих напряжений) .. Управляе мый регулятор 6 постоянного напряжения совместно с преобразователем 9 частоты в сигнал управления регулятором б реализуют ступенчатую зависимость коэффициента передачи управляемого регулятора 6 .(KpH) от частоты входного переменного напряжения (фиг. 2б).

Преобраэователь 5 входной вели.чины во временной интервал формирует импульс, управляющий открывани1053079 ем ключа 2. Отношение длительности этого импульса к периоду входного напряжения задается входным сигналом, в. частном случае — кодом, Фор мирователь 10 формирует короткий импульс, за время которого аналоговый запоминающий блок 4 производит выборку выходного напряжения интегратора 3. Импульсы выборки формируются иэ входного переменного напряжения и имеют период пов-, торения, кратный периоду входного переменного напряжения.

В качестве преобразователя 5 входной величины во временной интервал может использоваться любая известная схема преобразования код-интервал времени, если входной. величиной является код. Вновь вводимые блоки -г управляемый регулятор 6 постоянного напряжения совместно с преобразователем 9 часто» ты в сигнал управления регулятором 6 могут быть реализованы по достаточно простой схеме (фиг. 3), причем в качестве управляемого,регулятора 6 постоянного напряжения использован множительный цифроаналоговый преобразователь (например,. микросхема 572tIAI совместно с любым операционно усилителем). Преобразователь 9 частоты в сигнал

I. уйравления регулятором 6 содержит .. генератор 11 опорной частоты и регистр 12, в. который по переднему фронту импульса выборки Т переписывается код с выхода счетчика

13 иипульсов, причем по заднему фронту Т происходит обнуление счетчика 13.. частота опорного генератора подобрана так, что в структуре калибратора поддерживается оптимальное быстродействие при изменении частоты (периода импульсов выборки Т ).

Схема обеспечивает адаптацию калибратора к частоте переменного напряжения за один такт преобразования.

Калибратор работает циклично.

Циклы задаются импульсами выборки, которые также синхронизируют работу преобразователя 5 входного сигнала во временной интервал. В каждом цикле интегратор интегрирует напряжение UgII источника опор» ного напряжения в течение времени

Тх и .переменного напряжения UgI„< поступающего на один вход интегратора 3 через линейный детектор 8, выполняющий двухполупериодное выпрямление напряжения Пв,I,, При этом полярность напряжения опорного источника 1 противоположна полярности этого выпрямленного напряжения.

Предположим, что входной код изменился и перед этим выходное напряжение калибратора равно 08 „< °

Тогда после окончания первого цикла выходное напряжение станет равным

Тх

"ц» рд "pll Ppg(3""ов» | (UeblldUPIIP о

Я,Со

0pI„ (1выхсро

=k в kpp1 1х-tt kIppp 4рц и " Вых срО йс

10 ц,„ РС,„-Крот

"p" "p4 R,с""" "â» ч " где К „, Кр, и - коэффициенты пеРе= дачи управляемого регулятора постоянного напряжения и регулятора уровня и линейного детектора;

U â€,напряжение опорноOII го источника/

T - интервал времени, сформированный иэ входного сигнала Х)

T : — период входного

25 переменного напря» жения р

R 1, R — резисторы в цепи интегрирования.

20

Обозначим

"од х "

0 эжхорп 1 @ I» у (выхсроц

II

При сходящемся итерационном процессе (jgI c 1) установившийся режим описывается формулой

50 "ВЬпсРео™oII 1 "Е»х

Выразив Ц

BIpptc1p а П .где U»„. - амплитудное значение

55,выходного напряжения, получйм у rx 20 ()выхев = оп о0 Коэффициент преобразования следующих блоков х аналогового запоминающего блока 4, управляемого регулятора 6 постоянного напряжения и регулятора 7 уровня, т.е. блоков, 65 стоящих по структурной схеме до р Pj -

Q- кс

После и циклов выходное напряжение станет равным

1)оя.7х и

Выхср.ю= g < P-"р "ру - Q "вых рф.

II р1 и

Рассматривая Х ц1 как сумму гео1= °

40 метрической прогрессии с и членами, получим

1053079 выхода калибратора, не входит в конечную формулу, представляющую собой уравнение преобразования калибратора Напряжения, а следовательно, их погрешности корректируются.

Можно выразить абсолютную дополнительную погрешность калибратора для (и + 1) -ro цикла в следующех. виде срп 8ы» ср О ..Вых ср.п U sbe.cp p + (К 1-1 (Оп К 2)

U0n Tx:

R C Р РЧ рп. Ц =; „,„ к ф ых.ср.О g R

Tp n р р ц С I "cpan

Относительная погрешность при этом /ср ай

_#_n« = — Я", "ВЫХ,сРа откуда следует, что для обеспечения заданной погрешности необходимо выполнить N циклов, где И определя.ется выражением

/ 0о g - ВоЯ// ®(/4, „.../ ври

Значение N оценивает скорость сходимости итерационного процесса., Рассмотрим условие сходимости.

Для обеспечения сходимости необходимо выполнение- условия

/Я / < 1, т. е, /1 -/3 К р„ К „т/К С/ 1 иначе (3 Кpq Крр Т/R (2. H P Ко;, Крч Х/R C>

>0, откуда требования к характеристикам блоков: характеристики управляемого регулятора постоянйого напряжения и регулятора уровня должны быть монотонно возрастающими, должно выполняться условие

® 2С Р р КрЧ 7

Условие наилучшей сходимости итерационного процесса М С

jQ/ = О, т.е. /3Крп Крц . С откуда следует, что для обеспечения сходимости процесса в широких пределах изменения частоты входно-, го переменного напряжения и поддерживания этой скорости высокой, достаточно поддерживать оптимальное значение произведения Кр К „, другими словами, с увеличением частоты 0>«необходимо,увеличить Крп Кр9, С этой целью в калибратор между выходом аналогового запоминающего блока 4 и регулятором 7 уровня включен управляемый регулятор б

i постоянного напряжения, который совместно с регулятором-преобраэова10 телем 9 частоты сигнала в сигнал управления отслеживает изменение частоты. !

Поскольку Kpq не входит в конечное выражение для Ug», то жест15 ких требований к управляемому регулятору б и преобразователю 9 частоте в сигнал управления регулятором б не предъявляется. Простейшим примером совместной реализации укаэанных устройств является применение в цепи обратной связи операционного усилителя линейки резисторов, управ-. ляемой от счетчика импульсов с весами разрядов, определяющими шаги квантования характеристики управляемого регулятора б. Предельным случаем является непрерывная следящая система.

Введение в состав калибратора напряжения управляемого регулятора б постоянного напряжения, регулятора 7 уровня, управляемого напряжением, линейного детектора 8, преобразователя 9 частоты в сигнал. управления регулятором б и формирователя

10, а также соответствующих связей, позволило существенно повысить быстродействие устройства в широком диапазоне частот. или, что то же. самое, расширить диапазон частот при

40 сохранении быстродействия. Введенные в состав устройства блоки при высокой;точности калибратора в целом и высокой стабильности его коэффициента преобразования могут быть

45 "гРУбыми", а следовательно, простыми, надежными и дешевыми. В результате область применения предлагаемого калибратора значительно расширяется, вследствие чего отпадает необходимость в разработке других калибраторов переменного напряжения и в применении в устройстве элементов более качественных, с большим динамическим диапазоном и высокой ! чувствительностью.

1053079

105 30 79

Худ

ВНЙИПИ Заказ 8871/46

Тираж 874 Подписное .Филиал ППП "Патент", r.Ужгород,ул.Проектная,4