Устройство для моделирования нелинейных индуктивностей
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИНДУКТИБНОСТЕЙ, содержащее усилитель напряжения, между выходом и входом которого В1шючен первьй масштабный резистор обратной связи, частотно-зависимьй элемент, выполненньй на конденсаторе, второй и третий масштабные резисторы обратной связи, первьй, второй, третий, четвертый и пятый масштабные резисторы и дифференциальный усилитель напряжения, инвepтиpyюшJ й вход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности моделирования изолированных от шины нулевого потенциала нелинейных индуктивностей, оно содержит первьй и второй дополнительные дифференщ1альные усилители напряжения и регулировочный резистор, которьй включен между выходом диф-ференцнального усилителя напряжения и его неинвертирующим входом, подключенным к инвертирующему входу второго дополнительного дифференциального уси лителя напряжения и через конденсатор - к шине нулевого потенциала, второй и третий масштабные резисторы обратной связи включены соответственно между выходами и неинвертирующими входами первого и второго допол нительных дифференциальных усилителей напряжения, неинвертирующий вход второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения является первым входом устройства и соединен с инвертирующим входом первого дополнительного дифференциального усилителя напряжения, подсоединенного неинвертирующим входом к инвертирующему входу дифференциального усилителя напряжения, выход которого через первьй масштабньй резистор подключен ко входу усилителя напряжения , второй масштабньй резистор CD tC СЛ включен между входом усилителя напряжения , который является вторым входом устройства, и выходом устройСлЭ ства, подключенным через пятьй масО5 штабньй резистор к шине нулевого потенциала , третий и четвертьй масштабные резисторы подсоединены одними вьшодами к выходу усилителя напряжения , а другими - соответственно к выходу второго дополнительного диф-: ференциального усилителя напряжения |и к выходу устройства.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
3(50 С 06 G 7/62
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и OTHPblTMA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3542855/18-24 (22) 21.01,83 (46) 15.0,84. Бюп. 11 !8 (72) B.Ë. Довгун и IO.С, Перфильев (71) Красноярский политехнический институт (53) 681. 3 (088. 8) (56) 1. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Л., "Энергия", 1974, с. 100, рис. 6-2 l.
2. Авторское свидетельство СССР
N - 824233, кл. С 06 С 7/26, Н 03 Н 7/00, 1981 (прототип) . (54) {57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ИНДУКТИВНОСТЕЙ, содержащее усилитель напряжения, между выходом и входом которого включен первый масштабный резистор обратной связи, частотно-зависимый элемент, выполненный на конденсаторе, второй и третий масштабные резисторы обратной связи, первый, второй, третий, четвертый и пятый масштабные резисторы и дифференциальный усилитель напряжения, инвертирующий вход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности моделирования изолированных от шины нулевого потенциала нелинейных индуктивностей, оно содержит первый и второй дополнительные дифференциальные усилители напряжения и регулировочный резистор, который включен между выходом циф-...SU., 10 2533 А ференциального усилителя напряжения и его неинвертирующим входом, подключенным к инвертирующему входу второго дополнительного дифференциального уси лителя напряжения и через конденсатор — к шине нулевого потенциала, второй и третий масштабные резисторй обратной связи включены соответственно между выходами и неинвертирующими входами первого и второго допол нительных дифференциальных усилителей напряжения, неинвертирующий вход второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения является первым входом устройства и соединен с инвертирующим входом первого дополнительного дифференциального усилителя напряжения, подсоединен" ного неинвертирующим входом к инвертирующему входу дифференциального усилителя напряжения, выход которого через первый масштабный резистор подключен ко входу усилителя напряжения, второй масштабный резистор включен мвкду входом усилителя напряжения, который является вторым входом устройства, и выходом устройства, подключенным через пятый масштабный резистор к шине нулевого потенциала, третий и четвертый масштаб- ные резисторы подсоединены одними
l. выводами к выходу усилителя напряжения, а другими — соответственно к выходу второго дополнительного диф-. ференциального усилителя напряжения
1и к выходу устройства. 1 0925
Изабрстение относится к аналого- вой вычислительной технике.
Известно устройство для моделирования днухпалюсниксн, содержащее первый и нтсрай дифференциальные операционные усилители и масштабные резисторы, которое осущест>зллет ин.— нертнронание знака нелинейногс сопротивления, подключенного к нему з качестве нагрузки, а также изменяет его величину ь1 3.
Недостаткам этагс устройства ян-. ляется то, 1па она осуществляет только частотно независимое преобразование характеристик днухполюсникан. 15
Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для мадулиронания нели11ейных индуктиннастей, содержащее дифференциальный усилитель напря>кения, первы> . усилитель напряжения. второй усилитель напря>кения, межцу входом и выходам которого включены параллельно первый резистор обратной связи и конденсатор обратной связи, второй и
> третий резисторы обратной связи, три входных резистора. Три масп1табньгх ре-зистора и входной кснденс, включенный между нхацам второго усилитсля напряжения и и!иной нул е наг О пот ен Зп циала, второй и третий ре3zicтGpb 00 ратно,i сглзи включены cooTDETñòllåíEIO между входам и выходом первого усилителл напряжения и между неиьпзертирующИМ Н:
ВыхОдОм дифреренциальн ага . силителл напряжения, с выходом второго усилителя напрлже 1ия., пер ньгй, второй и третий масштабные рсзистсры соецине-НЫ GPEIHM ВЫВОДОМ С ВЫХОДОМ ВТОРОГО
y oèJHIlòÿë>i напряжения а друl им нь>на дом подключены ссатгетстгзенна к ныходу первого усилителя напряжения и к неиннерт lpyK>IIZему входу дифферен > () циальнага у< илителя напрл>кения, ",oторый является выходам > còpozloòHÿ и к шине нуленс1 о пат енциала;а И11ВEI>— тирующий вход дифференциального ус; —::— лителя напряжения соединен с выходам
55 нторого усилителя напряжения 3 2 J.
Даннсе устройства пОЗнсляет нми тнронать только заземле>п1ые индуктинности. Од>заки М1:.Огне устройства магу;
33 2 быть реализованы только с помощью незазе11ленных (" плавающих" ) реактивностей. Кроме того, в этом устройст>зе трудно регулировать масштаб моделируемой нелинейной вебер-ампернай характеристики, так как дпя этой цели необходимо одновременно перестра инать второй масштабный резистор и третий резистор обратной связи, npu",åì номиналы этих элементов должны совпадать с высокой точностью, в противном случае резко уменьшается добротность моделируемой индуктивности, Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет возможности моделирования изолированных от шины нулевого потенциал а EI e JIzz H pl: EI blx и нд у к ти В н О с т е Й»
Поставленная цель достигается тем, чта устройство для моделирования нелинейных индуктинностей, содерж »IIZee усилитель напряжения„. между выходом и нходом которого включен первый масштабный резистор обратной
oпязи, частотна-зависимый. элемент, ньп1алпенный Hа конденсаторе, второй и третий масштабные резисторы обратEIo1I связи, первый, второй, третий, ="етнертый н пятый масштабные резисторы и дифференциальный усилитель напряжсния„ иннертирующий вход которога лвллетсл выходом устройства, содер жьгг первый и второй дополнительные дифференциа -.ьные усилители напряжения и регулировачный резистор, котоpьгй и",IIII>Hе 1 между выходом дифференциальнсго усилителя напряжения и его неиннертирующим входом, подключенным к .Инвертиру>ащему входу второго дапол:-; .тельнога дифференциального усилителя напряжения и через конденсатор к шине zlyJIeEZOI потенциала, второй I pE!Тий lil oштабные резистopbl обратной связи включены соответственна между выходами и пеиннертирующими входами герного и второго дополнительных диффер ен1нзал ьных усилителей напряжения, неиннертирующий вход второго допслнительнагс диффе.ренциальнаго усилителя напряжения является первым входам устройства и соединен с инвертирую1цим входам первого дополнительного дифференциа>льнага усилителя напряжения, подсоединенного неинвертир;:""ющим входом к иннертиру1ащему входу дифферен>зик1ьнога усилителя напряжения, Выход которого через первый масштабный резистор подключен к входу
1092533 усилителя напряжения, второй масштабный резистор включен между входом усилителя напряжения, который является вторым входом устройства и выходом устройства, подсоединенным через 5 пятый масштабный резистор к шине нулевого потенциала, третий и четвертый масштабные резисторы подсоединены одними выводами к выходу усилителя напряжения, а другими — соответственно к выходу второго дополнительного дифференциального усилителя напряжения и к выходу устройства.
На чертеже приведена схема устройства. 15
Оно содержит первый, второй и третий масштабные резисторы 1, 2 и
3 обратной связи, регулировочный резистор 4, первый, второй, третий и четвертый масштабные резисторы 5
8, первый и второй дополнительные дифференциальные усилители напряжения 9 и 10, (дифференциальный) усилитель напряжения 11, усилитель напряжения 12, (моделирующий) конденсатор 13, пятый масштабный резистор 14. Первый масштабный резистор обратной связи 1 включен между выходом усилителя 12 напряжения и его входом. Второй»»асштабнь»й резистор ЗО обратной связи 2 вкл»ачен между вы— ходом первого дополнительного дифференциального усилителя 9 напряжения и егo неинвертирующим входом.
Третий масштабный резистор обратной связи 3 включен между неинвертиру»ащим входом и выходом второго дополнительного дифференциального усилителя 10 напряжения. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя напря- 4р жения 11 является одновременно выходом устройства. Первый и второй масштабные резисторы 5 и 6 соединены одним выводом со вторым входом устройства, а вторым выводом — соответ- 45 ственно с выходом дифференциального усилителя напряжения 11 и с выходом устройства. Третий и четверть»й масштабные резисторы 7 и 8 соединены одним выводом с выходом усилителя 5б напряжения 12, а вторым — соответственно с выходом второго дополнительного дифференциального усилителя 10 и с выходом устройства. ИнвертируюIItHA BxoP BToPoI о PoIIoJIHHTeJIbHQI o Диф ференциального усилителя напряжения
10 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя напрлже, Z „= G, (1-К,) V„+ С,К V« т, = (с, (1-к„) +с„+с, g v, +
+(-Сь + Кэс )\ (2) 3 3 1 (6 » 8) 2
tG (1-К )+Сь+С сз) Ъ (3) где V V,V — соответственно выходные и входные напряжения;
U — напряжение на регули». ровочном резисторе 4
С „,С,,С вЂ” проводимости первого, второго и третьего мас штабных резисторов обратной связи 1, 2 и 3;
G — проводимость регули4 ровочного резистора 4;
G< G — проводимости первого и второго входных масштабных резисторов
5, 6;
Г, G — проводимости третьего и четвертого масштабных резисторов 7, 8;
G — проводимость пятого масштабного резистора
14„
К,К,,К, — коэффициент усиления первого и второго дополнительных дифференциальных усилителей и напряжения 9 и 10 и дифференциального усилителя напряжения
К вЂ” коэффициент усиления
1 усилителя напряже»»ия 11, 12.
С учетом проводимости нагрузки Y„ ток I определяется выражением — - У Y з з н» ния 9. Регулировоч»»ь»й резистор 4 и моделирующий конденсатор 13 подключены одним выводом к инвертирующему входу дифференциального усилителя напряжения 10, а вторым - соответственно к выходу дифференциального усилителя напряжения ll и к шине нулевого потенциала. Выходной масштабный резистор 14 включен между выходом устройства и шиной нулевого потенциала.
Устройство работает следующим образом.
Токи через входные и выходной зажимы можно определить из соотношений
Ь соответствии с первым законом
Кирягофа связь между 79 и 72 апре" деляют соотношением
G4K9V9+fSC+G4(1 - КЭ)) V4 О, где 8 - частота входного сигнала, Отсюда найдем 0„
-GgK9 / а
Э 4 Э
SC э
С,,С,К, К, Яс Э (10) K,G4V„- (С, K4Ge ) V, +Y„V 0 (11) (1га) К904 = С6 К40в (12t ) 1О92ЬЗЗ б формулы (5) и (7) принимают вид
Входное сопротивление рассматриваемого устройства относительно первого и второго входных зыищов дож- 13 но иметь индуктивный характер
Z12" БТНЕФ где Ь - некоторый вещественный коэфФициент, Подставляя (4) в (1)-{3),получаем
9(2) 1
I2 02(1 К4) САКСО jV2+ )К,СУ+
ЗО (6) 3 44 (Б 4 6) 2 (2
4 Gg+Gg+G +Ya)V9 ", 35
При выполнении ограничений
0 (1 "К„) О
0„(1-К,) +0,.+G, О
02 (1 К1) +06+06+09 О
04(1-К,) -О
K0 -С "-О.
9 В Б (Яа). (8б) (8в) (8г) (8д) С учетом этих ограничений из уравнений (9) — (1 1) получаем (Ч,-V4)K,G,,Ï„- V, Подставляя последнее выражение в формулу (9), находим, что
С С К К
- -х = ††- †- ††(ч -ч >
1 2 $су н
1 2
Из послед нег о с о от н оше ни я н а ходим
Вс 2н
92 G Сгкгк
Для того, чтобы сопротивление Z. имело индуктивный характер необходймо, чтобы выполнялись семь ограничений-равенств (8а) †(8д) и (12a), (12б). Поскольку эти равенства содержат 11 независимых переменных, нетрудно подобрать параметры элементов устройства таким образом, чтобы ограничения выполнялись. Из соотно" шения (II) видно, что масштаб модело руемой вебер-амперной характеристики можно изменять регулировочным резистором 4. устройство позволяет моделировать как незаземленные, так и заземленные индуктивности. Для имитации последней достаточно соединить первый или втоторой Входы с шиной нулевого потенциала а
1092533
Составител ь А. Маслов
Редактор А. Долинин ТехредТ.Фанта Корректор Г. Решетник
Заказ 3257/34 Тираж 699 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4
