Широкополосный преобразователь напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10. 03. 80 (21) 2890445/18-21 (51 М. КЛ.з с присоединением заявки ¹â€”

G 01 R 19/02

Государственный комитет

С С.С P ио делам изобретений и открытий (23} Приоритет—

Опубликовано 30.07.82.Бкзллетень ¹ 28 (53) УДК 621. 317..7(088.8) Дата опубликования описания 30.07.82

В.В.Волохин и В.И.Губарь

/ "", (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Киевский политехнический институт им. М= ц тияВеликой Октябрьской социалистической револвцйи (54 ) ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение. относится к электрорадиоизмерительной технике и предназначено для преобразования высокочастотных напряжений в низкочастотные.

Известен преобразователь переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные входной детектор, орган сравнения, усилитель разбаланса, модулятор, выходной детектор и усредняющий фильтр, в котором управляющий вход модулятора соединен с выходом генератора, а выходной детектор при компенсирующем детекторе соединен с вторым входом органа сравнения $1).

Недостатками этого преобразователя являются малая точность иэ-за неидентичности входного детектора и выходного детектора, включенного в цепь отрицательной обратной связи, а также значительная частотная погрешность (до десятков процентов) в области сотен и более мегагерц, обусловленная наличием в схеме преобразователя

: амплитудных детекторов.

Известен преобразователь высокочастотного напряжения в гармоническое напряжение фиксированной частоты, содержащий два детектора, сумматор, уси-ЗО литель постоянного тока, модулятор, опорный генератор гармонического напряжения и звено обратной связи.

Входное высокочастотное напряжение преобразуется в постоянное и сравнивается на сумматоре с преобразованным гармоническим напряжением, снимаемым с модулятора. Разница через усилитель постоянного тока воздействует на модулятор, например оптрон, до тех пор, пока амплитуда гармонического напряжения низкой частоты не будет равна амплитуде напряжения

/высокой частоты (2 ).

Существенными недостатками такого преобразователя являются невозможность переноса спектра высокочастотного напряжения и большая частотная погрешность.

Наиболее близким к предлагаемому является широкополосный преобразователь, содержащий стробоскопический преобразователь, подключенный к входу устройства и детектор, соеди,ненный с выходом стробоскопического преобразователя 13).

Существенным недостатком такого стробоскопического преобразователя является большая погрешность преоб— раэования (до 10%) в широком диапа947773 зоне частот, обусловленная нестабильностью длительности и амплитуды строб-импульсов и конечной длительностью строб-импульсов (обычно 0,40,7 нс).Кроме того, чувствительность таких преобразователей ограничена из-за возникновения шумов при стробировании сигналов.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности преобразования напряжений в широком диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный преобразователь напряжения, содержащий стробоскопический преобразователь, вход rcoroporol5 подключен к входной клемме, введены дополнительный стробоскопический преобразователь, вычислительный блок, звено обратной связи, сумматор и ключ, причем выход стробоскопического20 преобразователя подключен к вычислительному блоку и через ключ, звено обратной связи — к первому входу сумматора, второй. вход которого соединен с входной клеммой, а выход — через дополнительный стробоскопический преобразователь подключен к второМу входу вычислительного блока, выход кото-,. рого является выходом широкополосного преобразователя напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема широкополосного преобразователя напряжения; на,фиг. 2 — функциональная схема вычислительного блока; на фиг. 3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу широкополосного преЗ5 образователя напряжения.

Широкополосный преобразователь напряжения содержит стробоскопический преобразователь 1, вычислительный блок

2, ключ 3, звено 4 обратнор связи,до-",40 полнительный стробоскопический преобразователь б, входную 7 и выходную 8 клеммы преобразователя.

Вычислительный блок 2 состоит из двух преобразователей 9 и 10 действу 45 ющего значения напряжений s код, выходы которых подключены к решающему блоку 11. широкополосный пресФраэователь на- 50 пряжения работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение U „;по Ьх" ступает на вход стробоскопического .преобразователя 1 и преобразуется им на промежуточную фиксированную частоту БпР (например, 20 кГц). Одновременно оно поступает на сумматор 5, где суммируется с напряжением обратной связи промежуточной частоты У д поступающего на него с выхода стробоскопического преобразователя 1 через ключ 3 и звено 4 обратной связи. Просуммированное напряжение поступает на дополнительный стробоскопический преобразователь б. На выходе дополнительного стробоскопического преоб- 65 разователя б формируется разностью напряжение фиксированной низкой частоты b Unp, которое поступает на вычислительный блок 2, на второй вход которого поступает напряжение

U np с выхода стробоскопического преобразователя 1.

На фиг. За показаны два гармони.ческих напряжения, высокочастотное

U „è напряжение промежуточной частотй ЦПР. В моменты стробирования времени t=nT оба напряжения имеют одинаковые значения.

На фиг. Зв показано напряжение U промежуточной частоты, которое снимается с выхода звена 4 обратной связи °

На фиг.3r показана сумма напряжения обратной связи промежуточной частоты U + и напряжения высокой частоты Ugq. Это просуммированное напряжение U снимается с выхода сумматора

5 и поступает на дополнительный стробоскопический преобразователь б. При его стробировании строб-импульсами (фиг. Зб) мгновенные значения напряжения обратной связи (фиг. Зв) сравниваются с мгновенными значениями высокочастотного напряжения, т.е. с .огибающей напряжения промежуточной частоты, и формируется разность мгновенных значений этих напряжений (фиг. Зд).

Иными словами при стробировании просуммированного напряжения UX (фиг. 3r) на выходе дополнительного стробоскопического преобразователя формируется напряжение некомпенсации громежуточной частоты Ь 0„ равное разности напряжения обратной связи (фиг. Зв) и огибащей напряжения промежуточной частоты (фиг. За), Далее напряжение Ь Upp поступает на вычислительный блок 2, на другой вход которого поступает напряжение промежуточной частоты U

Для повышения чувствительности стробоскопических преобразователей в широкополосном преобразователе напряжения применен двухтактныф режим работы.

В первом такте преобразования ключ

3 разомкнут. Стробоскопические преобразователи 1 и б работают параллельно и преобразованные напряжения соответственно U и Uqpq поступают на входы преобразователей 9 и 10 действующего значения напряжений в код вычислительного блока 2.

На выходе преобразователей 9 и 10 с учетом шумов блоков 1 и б получаем (u P }+u «(Р)) = 4, ГО х (Рэ+О (Р)1@=

947773 где U> (p) и U (р) — соответственно шумы стробоскопических преобразователей 1 и б;

К вЂ” их коэффициент преобразования.

Считаем коэффициент преобразования блоков 9 и 10 вычислительного блока равными единице. При этом учте но, что Уш»(р) блока 1 и Бш (р) стро 10 боскопического преобразователя б некоррелированны с входным напряжением и, следовательно, интеграл их произведения равен нулю. Кроме того, считаем, что мультипликативные по- 15 грешности стробоскопических преобразователей .1 и б равны нулю.

Во втором такте ключ 3 замкнут.

Коэффициент передачи звена 4 обратной связи .равен К = — . Тогда напряжено ние на выходе преобразователя 10 вычислительного блока равно

Ф.

1 (= ОЙ„(Р)-Ое ® Ко Ко "в,(Р) ко "о3Ко+

+ (ц,(Р)

25 или

)1 = @ Latex (Р) 40,(Р)+0 (P)3 (()

В решающем блоке 11 вычисляется 30 корень квадратный из суммы напряжений N< с разностью напряжений Х»и N<, причем разность напряжений И» и Х берется с коэффициентом 0,25, т.е.

N . =41 + 0,25 (Х»-N ). (3)

После,подстайовки (1) и (2) в (3) и преобразования получаем при К = 1

U Ä(p) = М = (. „(р)

Видно, что шумы Бш„(р) и U,(р), стробоскопических преобразователей

1 и б не входят в результат измерения тем самым расширяется чувствительно- 45 сть широкополосного преобразователя напряжения., В частном случае, если ключ 3 будвъ замкнут, а в качестве вычислительного блока 2 применить сумматор, то на вы- 5р ходе 8 будет сформировано напряжение промежуточной частоты UN1„„(p). Причем погрешность преобразования будет значительно снижена по сравнению с про тотипом. 55

Действительно, используя операторный метод анализа электрических цепей и обозначив коэффициенты передачи блоков (фиг . 1) в соответствии с кх номерами, получим (jSblx(p) =(),„(ИК„(p) а()„(p)=

=Г()8 (Р)-0в (РМ(Р) К4(РЯ Ма(Р);

Овьи < )=UnP (Р)+М4Р(Р). (4)

Так как звено обратной связи обычно представляет собой резистивный делитель с пренебрежимо малой реактивностью нфпромежуточной частоте, то можно считать, что К4. (р3 = К4 °

После подстановки и преобразования выражения (4) получим

U„,„(p)=uв, (Р)04(Р)-К,(Р)кб(Р)К43. ®

Обозначив К< (р) = Kg(1+ ф (p)7; ф (p) Ko 1+ ice(p)3 и выбрав К4 = где К вЂ” номинальный коэффициент йерео дачи стробоскопических Преобразователей 1 и 6;

y„ (ð) и f (p) — погрешности этих блоков, из выражения (5) получаем и (p)=U „(р) . К (1-Ð-„(p) (р))

Таким образом, погрешность данного широкополосного преобразователя напряжения определяется произведением мультипликативных погрешностей Я» (р) и

) (р) стробоскопических преобразователей 1 и б, что значительно повышает точность. Так, например, при )"»(р=О) = f+ (р=О) = ЗЪ результирующая погрешность предлагаемого устройства 1 будет менее 0,14.

Предлагаемый широкополосный йреобразователь напряжения позволяет зна- чительно повысить чувствительность к точность преобразования электрического напряжения по сравнению с известными стробоскопическими преобразователя-, ми. Примечательным является также то, что ключ 3 находится на выходе стробоскопического преобразователя, что значительно снижает к нему требования, так как он работает при больших уровнях сигнала и на низкой промежуточной частоте.

Формула изобретения

Широкополосный преобразователь напряжения, содержащий стробоскопический преобразователь, вход которого подключен к входной клемме, о т л ич а в шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены дополнительный стробоскопический преобразователь, вычислительный блок, эввно обратной связи, сумматор и ключ, причем выход стробоскопического преобразователя подключен к вычислитель- ному блоку к через ключ, звено обратной связи - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с входной клеммой, а выход — через дополнительный стробоскопический преобразователь подключен к второму входу вычислительного блока, выход которого является выходом широкопо7

947773 лосного преобразователя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство;, ССР

Р 157731, кл. Н 02 М, 1962.

2. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем,М.,"Советское радио", 1971.

3. Патент США Р 3334305, кл. 328-151, 1967 (прототип) .

947773! °

Редактор H. Гришанова

Составитель В. Костин

Техред Т. Маточка

Корректор У. Пономаренко

Заказ 5624/68 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, улс Проектная, 4