Генератор переменного тока

 

Изобретение относится к измерительной технике для дигностики и контроля электрических величин. Технический результат заключается в повышении точности. Устройство содержит операционные усилители (ОУ) (1, 2, 3), измерительный усилитель (ИУ) (4), полевые транзисторы (ПТ) (5, 6), прецизионный шунт (7), отрицательный и положительный источники напряжения смещения, которые подключены к инвертирующим входам, соответственно, ОУ (2) и ОУ (3) и которые выбираются таким образом, чтобы ПТ (5, 6) были близки к отпиранию и через них протекал минимальный ток для устранения нелинейных искажений в виде ступеньки. Сигнал обратной связи для ОУ (1) снимается с сигнальных выводов прецизионного шунта (7) через ИУ (4). 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах диагностики и контроля электрических величин.

Так, например, для поверки счетчиков электрической энергии существуют автоматические установки, состоящие из блока фиктивной мощности и эталонного ваттметра-счетчика (“Установка для регулировки и поверки электронных счетчиков электрической энергии” УАПС-1, разработчик НПФ “Промприбор”, г.Нижний Новгород). Блок фиктивной мощности такой установки включает в себя блок напряжений, который выдает выходное стабилизированное напряжение, и блок токов, задающий переменный (50-60 Гц) ток, изменяющийся в пределах от единиц миллиампер до десятков ампер. В качестве блоков-токов в таких установках обычно используются усилитель мощности с трансформатором на выходе. Любые изменения сопротивления нагрузки в цепи тока вызывают изменения тока и приходится усложнять схемотехническое решение установки и программные способы для уменьшения зависимости тока от изменения нагрузки.

Известен источник постоянного тока, взятый в качестве прототипа предлагаемого технического решения, с использованием операционного усилителя (ОУ) и МОП-транзистора, в котором ток IH в нагрузке определяется, как IH=Uвх/Rн (П.Хорович, У.Хилл “Искусство схемотехники”, т.1, с.389). Существующие в настоящее время операционные усилители, полевые транзисторы и прецизионные шунты (резисторы) позволяют создавать источник постоянного тока с погрешностью до тысячных долей процента.

Однако такие устройства источника тока не позволяют получать на выходе переменный ток.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей генераторов постоянного тока на основе операционных усилителей и МОП-транзисторов путем создания прецизионного генератора переменного тока.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в генератор постоянного тока, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого является входом генератора, полевой транзистор, дополнительно введены второй полевой транзистор, прецизионный шунт, два операционных усилителя и один измерительный (инструментальный) усилитель, неинвертирующие входы второго и третьего операционного усилителя подключены к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного усилителя, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены к сигнальным выводам прецизионного шунта, выход которого является выходом для подключения нагрузки, а вход подключен к общей точке соединения истоков транзисторов, стоки которых соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками питания, а затворы подключены соответственно к выходу второго и третьего операционных усилителей, инвертирующие входы которых соединены соответственно с отрицательным и положительным источниками напряжения смещения.

На фиг.1 представлена принципиальная схема генератора переменного тока; на фиг.2-3 представлены эпюры сигналов, поясняющие работу генератора.

Генератор переменного тока (см. фиг.1) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 операционные усилители, измерительный усилитель 4, первый 5 и второй 6 полевые транзисторы и прецизионный шунт 7, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 является входом генератора Uвх, неинвертирующие входы второго 2 и третьего 3 операционного усилителя подключены к выходу первого операционного усилителя 1, инвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного 4 усилителя, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены к сигнальным выводам прецизионного шунта 7, выход Uвых которого является выходом для подключения нагрузки 8 (Rн), а вход подключен к общей точке соединения истоков транзисторов 5 и 6, стоки которых соединены соответственно с отрицательным -Uп, и положительным +Uп, источниками питания, а затворы подключены соответственно к выходу второго 2 и третьего 3 операционных усилителей, инвертирующие входы которых соединены соответственно с отрицательным “-Uсм” и положительным “+Uсм” источниками напряжения смещения.

Устройство работает следующим образом.

При подаче входного переменного синусоидального напряжения на неинвертирующий вход ОУ 1 при прохождении положительной ветви входного напряжения транзистор 5 открыт для прохождения сигнала, а транзистор 6 закрыт для прохождения сигнала. Поэтому “положительная” цепочка тока проходит через источник питания “+Uп”, транзистор 5, шунт 7, нагрузку Rн и общую шину. При прохождении отрицательной ветви синусоидального входного напряжения транзистор 5 закрыт для прохождения сигнала, а транзистор 6 открыт для прохождения сигнала. Поэтому “отрицательная” цепочка тока проходит через источник питания “-Uп”, транзистор 6, шунт 7, нагрузку Rн и общую шину. Операционные усилители 1 и 2 работают в качестве буферных усилителей для сигнала и источников смещения для полевых транзисторов 5 и 6, которые включены так, что когда транзистор 5 открыт для прохождения сигнала, второй транзистор 6 закрыт и наоборот, а на выходе устройства (на нагрузке) получаем переменный ток высокой точности. Это обусловлено тем, что при протекании переменного тока I через прецизионный шунт 7 на последнем создается падение напряжения, которое снимается через измерительный усилитель 4 и сравнивается с напряжением на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, пропорционально току I, который не зависит ни от параметров транзисторов 5-6, ни от нагрузки 8, а зависит только от входного напряжения Uвх.

Источники смещения Uсм выбираются таким образом, чтобы полевые транзисторы были близки к отпиранию (см. фиг.2) и через них протекал бы минимальный ток (единицы микроампер). Это необходимо для того, чтобы не было нелинейных искажений в виде ступеньки при переходе синусоидального сигнала через нуль (см. фиг.3). Сигнал обратной связи для ОУ 1 снимается со специальных сигнальных выводов прецизионного шунта 7 (чтобы исключить влияние сопротивления подводящих проводов) через инструментальный операционный усилитель 4.

Предлагаемый генератор переменного тока может быть выполнен на базе следующих элементов. Операционные и измерительный усилители 1-4: усилители типа LTC 2051/LTC 2052 фирмы LINEAR TECHNOLOGY, США. Полевые транзисторы 5-6: канальные МОП-транзисторы соответственно типа IRF3205 и IRF4905, фирмы International Rectifier, США. Структура измерительного усилителя аналогична структуре, приведенной в книге “Операционные усилители и интегральные схемы”, Р.Кофлинг, Ф.Дрискол, изд. “Мир”, 1979 г., с.148.

Все это позволяет создать при использовании современной элементной базы прецизионный генератор (источник) переменного тока, который может быть использован в устройствах для контроля или диагностики электрических величин, например, в устройствах для поверки электронных счетчиков электрической энергии, которыми оснащаются потребители электрической энергии и спрос на которые в настоящее время возрастает.

Формула изобретения

Генератор переменного тока, содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого является входом генератора, полевой транзистор, отличающийся тем, что в него введены второй полевой транзистор, прецизионный шунт, два операционных усилителя и измерительный усилитель, неинвертирующие входы второго и третьего операционных усилителей подключены к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного усилителя, инвертирующий и неинвертирующий входы которого подключены к сигнальным выводам прецизионного шунта, выход которого является выходом для подключения нагрузки, а вход подключен к общей точке соединения истоков транзисторов, стоки которых соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками питания, а затворы подключены соответственно к выходу второго и третьего операционных усилителей, инвертирующие входы которых соединены соответственно с отрицательным и положительным источниками напряжения смещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к структуре, ориентированной на радиосвязь, в частности, к структуре КМОП-микросхем для цифрового приемопередатчика радиосвязи

Изобретение относится к электронным устройствам, в частности к усилителям, и может применяться для построения интегральных схем

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в широкополосных передающих трактах звукового диапазона частот для радиовещания и звукоподводной связи

Изобретение относится к электронике, измерительной технике, автоматике, в частности к малошумящим прецизионным усилителям тока в интегральном исполнении, и может использоваться в предварительных каскадах устройств линейного усиления тока

Изобретение относится к электронике, измерительной технике, автоматике и может использоваться в предварительных каскадах устройств линейного усиления тока

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в высокочастотных широкополосных двухтактных усилителях мощности, входящих в состав радиопередающих устройств

Изобретение относится к импульсной технике, а более конкретно к устройствам для преобразования импульсов с ограниченной крутизной фронта, и может быть использовано для уменьшения искажений импульсов при сохранении высокого КПД преобразования напряжения в ток, а также для уменьшения постоянной составляющей тока на выходе устройства

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться как мощный выходной каскад в составе усилителей низкой частоты, постоянного тока, видеоусилителей, в различных преобразователях, в измерительной аппаратуре, в выходных или предвыходных каскадах радиопередающих устройств в диапазоне до 10 МГц

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно - к усилителям мощности звуковой частоты

Изобретение относится к радиоизмерительной технике

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока

Изобретение относится к области электротехники

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения активной мощности выделяемой на нагрузке в электрических сетях переменного тока

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения активной мощности выделяемой на нагрузке в электрических сетях переменного тока

Изобретение относится к электроизмерительной технике для учета электроэнергии

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике и энергетике, например, для реализации измерителей мощности искажений применительно к задаче контроля показателей качества электроэнергии (ПКЭ)

Изобретение относится к области контроля качества электрической энергии и может быть использовано при всестороннем оперативном контроле и измерении качества электроэнергии в силовых и слаботочных электрических сетях, а также при разработке многофункциональных счетчиков энергии нового поколения, выполняющих одновременно функции измерения энергии, подлежащей оплате при коммерческих взаимоотношениях между ее поставщиком и получателем, контроля качества электроэнергии с идентификацией источников несанкционированного (недопустимого договорами или ГОСТом) искажения качества с количественной оценкой искажения

Изобретение относится к технике СВЧ для детекторного преобразования непрерывных и импульсно-модулированных сигналов
Наверх