Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения

 

Изобретение относится 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 напряжения. Введение в преобразователь полевого транзистора 15 и инвертирующего усилителя 16 с соответствующими функциональными связями обеспечивает компенсацию погрешностей, обусловленных влиянием постоянной составляющей проводимости канала полевого транзистора 4, а также зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов 3, 4, 12 и 15 от напряжений на их стоках, что расширяет динамический диапазон преобразователя и повышает точность преобразования. Преимуществом преоразователя является возможность преобразования сигналов, имеющих постоянную составляющую, а также сигналов с большим значением коэффициента амплитуды. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОРИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) П1) А1 (51)4 О 01 R 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4294584/24-21 (22) 10.08,87 (46) 23.11.89.Бюп. М 43 (71 ) Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина (72) А.Д.Джангоэин, С,Д,Джангоэин, А.П.Зорин, Ф.П.Зайцев и С,Д.Турешов (53) 621 ° 317.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 741167, кл, G 01 R 19/02, 30.03.78.

Авторское свидетельство СССР

У ) 064217, кл. G 01 R 13/02, 07.05.87, (54 ) JIHHKAHbIA IIPEOSPA3OBATE1b ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике. Преобразователь содержит усилители 1 и 11 раэ— баланса, инвертирующие усилители 5 и 14, полевые транзисторы 3,4 и.12, 2 фильтры 2 и 9 нижних частот, резисторы 6 и 8 и источник 13 опорного напряжения, Введение в преобразователь полевого транзистора 15 и инвертирующего усилителя 16 с соответствующими функциональными связями обеспечивает компенсацию погрешностей, обусловленных влиянием постоянной составляющей проводимости канала полевого транзистора 4, а также зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов 3, 4, 12 и 15 от напряжений на их стоках, что расширяет динамический диапазон преобразователя и повы= шает точность преобразования. Преимуществом преобразователя является возможность преобразования сигналов, имеющих постоянную составляющую, а также сигналов с большим значением коэффициента амплитуды. 1 ил, 1524006

V -(U+ u )"

1-1" (3) т=-- v,+

1 2

50 Г

3 где R, 55

LI

3 3о

llзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аналоговых и цифровых вольтметрах переменного напряжения, а также в информационно-измеритель— ных системах.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона и повышение точности преобразования.

На чертеже изображена электрическая схема линейного преобразователя действующего значения напряжения, Линейньй преобразователь действующего значения переменного напряжения содержит усилитель 1 . разбаланса, выход которого соединен с входом фильтра 2 нижних частот и с затворами полевых транзисторов 3 и 4, истоки ко— торых подключены соответственно к входу усилителя 1 разбаланса и входу инвертирующего усилителя 5, резистор 6, один вывод которого соединен со стоком полевого транзистора 4 и с входной шиной 7 преобразонателя, а другой подключен к истоку полевого транзистора 3, резистор 8, один вывод которого присоединен к входу инвертирующего усилителя 5, а другой соединен с его выходом и нхо дом фильтра 9 нижних частот, к выходу которого подключен сток полевого транзистора 3, соединенный с нь!ходной шиной 10 преобразователя, усилитель

ll разбаланса, выход которого подключен к затвору полевого транзисто— ра 12, а его первый и второй входы соединены соответственно с выходом фильтра 2 нижних частот и выходом источника 13 опорного напряжения.

Преобразователь также содержит инвертирующий усилитель 14, полевой тр,"нзистор 15 и иннертиру!ощии усипи— тель 16. Сток поленого транзистора 15 соединен со стоком полевого транзистора 4, затвор — с выходом фильтра 2 нижних частот, а исток через иннер" тирующий усилитель 16 связан с истоком полевого транзистора 4, Вход инвертирующего усилителя 14 соединен с истоком полевого транзистора 12, а его выход подключен к истоку полевого транзистора 3, к стоку которого присоединен сток полевого транзистора 12

Преобразователь работает следующим образом.

На вход усилителя 1 разбапанса через сопротивление канала полевого транзистора 3 и параллельно соединенное с ним сопротивление канала полевого транзистора 12 и инвертирукняий усилитель 14 с выхода фильтра 9 ниж5 них частот поступает выходное напряжение 11, „преобразователя. На этот же вход усилителя 1 разбаланса через резистор 6 подается входное нап— ряжение U „(ь). Выходное напряжение усилителя 1 разбаланса вызывает модуляцию сопротивления канала полевого транзистора 3 и одновременно изменяет сопротивление канала полевого транзистора 4 °

Связь величины модуляции сопротин— ления канала полевого транзистора 3 с величинами входного напряжения и „(ь) и выходного напряжения Б „„ преобразователя определяется уравнением:

U,„() 0, — V„„C,„+ U„„a, = О, где 0 и Г, — проводимость кана25 лов полевых транзисторов 3 и 12 соответственно;

0 — проводимость резистор ра 6.

30 При этом цепь, образованная усилителями 1 и 11 разбаланса, полевым транзистором 12, фильтром 2 нижних частот и источником 13 опорного напряжения, обеспечивает слежение за

35 дрейфом нулевого уровня усилителя 1 разбаланса. Эта цЕпь, кроме того, обеспечивает установку начального значения сопротивления канала полевого транзистора 12, 40 Из уравнения (1 ) следует, что

Ubr (t)

Irr к з, U„ix (2) 45 Ток стока полевого транзистора в режиме управляемой проводимости описывается следующим уравнением: сопро тивле ние канала полевого транзистора при U с =

0, U = О; напряжение сток -исток; напряжение затвор-исток; напряжение отсечки.

1524006 (I- — - ))

1 U

2 U

О = G.(I э + 1 с ) (4) тда С П /И„,а = 1/2 "/u, ц,.

UblI =(9) (6) 5

Разлагая это выражение н ряд и ограничиваясь величинами нторой степени малости для проводимости G канала полевого транзистора, получают выражение: где С вЂ” проводимость канала полевого транзистора при — H U3 — °

Первые дна слагаемых в скобках не зависят от напряжения на стоке поле ного транзистора, и поэтому уравнение (4) для полевого транзистора 3 можно записать в виде:

Зо((5) Так как на вход инвертирующего усилителя 5 через канал полевого транзистора 4 и через последователь— но соединенные канал полевого транзистора 15 и иннертирующий усилитель

16 поступает входное напряжение

Ub„(t), то на выходе усилителя 5 имеет место напряжение U, величина которого определяется из следующего уравнения:

U =-- --- (G — а

v вх (t) 5

4 lb (Г„|. 1 —, +и, U )U» (t)

S где 0 4, Г и à — прон oéèìoс ть к анала полевого транзистора 4, резистора 8 и канала поленого транзистора

15 соответственно;

И Ц н — НаПРЯжЕНИЕ СТОК исток полевых тран6 эисторон 4 и 15 соответственно; проводимость канала полевого тран5 зистора 4 при напряжениях сток -исток и затвор-исток, Равных Uс„0 и

10 У „О;

d 4 р4 и о(,, p, — коэффициенты а и

o(для поленых транзисторов, 4 и

IS соответственно.

11араметры полевых транзисторов 3, 4,!2 и 15 выбирают идентичными, поэтому С вЂ” G„= G „= Gу р = Оу

=Ы 2 = b/у = О/ И (3 = Р4

=н«аа p, = р модуляции каналов полевых транзисторов 12 и 15 отсутствует, т,е, а, = o(= О, так как напряжение на их затворы поступает через фильтр 2 нижних частот. С учетом этого напряжение Ub на выходе усилите25 ля 5 равно:

V b (t ) Г Ub(t) ц Г(G ) +

1t б/Вих

Напряжение на стоках полевых транзисторов 3 и 12, 4 и 15 попарно равны, поэтому они компенсируются.

После усреднения напряжения U3 фильтром 9 нижних частот на выходе преобразователя будет напряжение, равное

U, „(t) с

U — Ь бб х Т ) 0 Г °

40 а Вбп 8 (8)

Обозначив /С/Г = К, получают: т. е. выходное напряжение преобразователя пропорционально действующему значению входного напряжения.

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 усипителя 5 осуществляют компенсацию погрешности, вызванной влиянием постоянной составляющей про1524006 водимости канала полевого транзистора 4, а также компенсацию погрешности, обусловленной зависимостью проводимости канала полевого транзистора 4 от напряжения на его стоке. Од—

5 новременно с этим изменение последовательности включения инвертирующего усилителя 14 и полевого транзистора

12 обеспечивает синфазную подачч на стоки полевых транзисторов 3 и 12, налряжения с выхода фильтра 9 низших частот и позволяет осуществить ком— пенсацию погрешности, обусловленной зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов 3 и 12 от напряжения на их стоках. За счет этого в выходном напряжении усилителя 5 отсутствуют составляющие, которые обуславливают появление погрешностей свя-20 занных а зависимостью проводимости каналов полевых транзисторов от напряжений на их стоках, а также с влиянием постоянной составляющей проводимости канала полевого транзистора 4, 25 что расширяет динамический диапазон и повышает точность преобразования предлагаемого преобразователя по сравнению с известным преобразователем. Кроме того, за счет отсутствия на выходе усилителя 5 переменной сос— тавляющей основной частоты входного напряжения u,„„(t ) значительно облегчаются требов ания к фильтру 9 низших частот, который можно рассчитывать на подавление напряжения второй

35 гармоники, к тому же значительно меньшей амплитуды. Благодаря тому, что на вход фильтра 9 низших частот поступает сигнал беэ указанньм до— полнительных составляющих, предлагаемый преобразователь может быть также ислользован для преобразования входных сигналов, имеющих постоянную составляющую. В то же время больший по сравнению с известным преобразователем динамический диапазон, обусловленный независимостью проводимости каналов полевых транзисторов от напряжения на их стоках, обеспечивает возможность преобразования сигналов, 50 имевших большой коэффициент К„ амплитуды, Формула и з о б р е т е н и я

Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения, 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 усилителя разбаланса и к входу первого инвертирующего усилителя соответственно, первый резистор, первый вывод которого соединен со стоком второго полевого транзистора и с входной шиной преобразователя, а второй вывод подключен к истоку первого полевого транзистора, второй резистор, первый вывод которого соединен с входом первого инвертирующего усилителя, а второй вывод подключен к его вьмоду и входу второго фильтра нижних частот, выход которого соединен со стоком первого полевого транзистора и выходной шиной преобразователя, второй усилитель разбаланса, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, второй вход присоединен к выходу источника опорного напряжения, а выход подключен к затвору третьего полевого транзистора, и второй инвертирующий усипитель, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и повышения точности преобразования, 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 усилителя, 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 усилителя, выход которого подключен к истоку третьего поленого транзистора,