Активный масштабный преобразователь

О П И С А Н И Е < 875286

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советснмн

Социалнстичвсиин

Республик (61) Допелнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 251 1.77 (21) 25486 l 7/ I8-21 с присоединениеет заявки 1те (23) Приоритет (5!)М. Кл.

G 01 Й 19/00

G 0I R 27/02

G 01 R 13/00

3Ьеулеретееннмй квинтет

СССР

Опубликовано 23.1081. Бюллетень Ме 39 не делал нзееретеннй н открытей (53) УДК 621. . 3!7(088. 8) Дата опубликования описания 2у0я1 (72) Автор изобретения

Я (1

К.Л. Грудев (71) заявитель

«

l » (54) АКТИВНЫЙ МАСШТАБНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам активного масштабного преобразования электрических сигналов, например к измерительным усилителям напряжения, и может быть использовано в системах автоматического управления.

Известны активные масштабные преобразователи, например напряжения, построенные на основе усилителя с отI0 рицательной обратной связью I 1, Недостатком этих преобразователей является то,что требования максииалЬных точности и усиления вступают в противоречие, точность снижается за

3S счет эффекта двунаправленности обратной связи. Кроме того, преобразователи, использующие отрицательную обратную связь, способны компенсировать дестабилизирующие воздействия лишь в небольших пределах и оказываются неработоспособными ипи характеризуются низкими показателями в условиях начальной неопределенности.

Наиболее. близким по технической сущности к предлагаемому является активный масштабный преобразователь, выполненный в виде усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению, в котором между входом основного усилительного каскада и вход ным контуром (сумматором) включен дополнительный усилительный каскад (2).

Однако в таком преобразователе также отсутствует компенсация эффекта двунаправленности обратной связи, что не позволяет достичь необходимой точности и быстродействия.

Цель изобретения — повьпнение точности и быстродействия.

Эта цель достигается тем, что в активном масштабном преобразователе, содержащем усилитель с цепью последовательной и (или) параллельной обратной связи по току и (или),напряжению, образованной делителем напряжения, включающим опорный импеданс и импеданс обратной связи, один из элементов

875286 цепи обратной связи выполнен в виде преобразователя импеданса. При этом активный масштабный преобразователь может быть выполнен содержащим управляющим генератор, блок сравнения, например фазочувствительный выпрямитель с фильтром нижних частот на выходе, причем выходы генератора соединены с одним из входов блока сравнения и управляющим входом .усилителя, другой вход блока сравнения соединен со входом масштабного преобразователя, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом элемента преобразователя импеданса, определяющего равновесие в цепи, например усилителя преобразователя импеданса.

На чертеже показан пример структурной блок-схемы предложенного активного,масштабного преобразователя.

Масштабный преобразователь содержит усилитель 1 с коэффициентом передачи К, к входу .которого подключен опорный импеданс, например резистор 2 с сопротивлением Ro, а выход которого соединен с преобразователем 3 импеданса, состоящим из усилителя 4 с коэффициентом передачи К, охваченного обратной связью через резистор 5

I с сопротивлением R>, последовательно соединенным с резистором 6, с сопроI . тивлением Ro, причем преобразователь

3 импеданса, подключенный через резистор 7 с сопротивлением R на вход усилителя 1, образует отрицательную обратную связь по напряжению, к управляющему входу усилителя 4 подключен блок 8 сравнения, один вход которого через резисторы 7 и 2 соединен с входом-масштабного преобразователя, а другой вход соединен с выходом управляющего генератора 9, другой выход которого подключен к управляющему входу усилителя 1, блок сравнения может быть выполнен при этом в виде фазочувствительного выпрямителя с

° Ф фильтром нижник частот на выходе ° . абота масштабного преобразователя определяется следующими соотношения. ми.

Коэффициент масштабного преобразования усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению определяется известным j2) seражением

Ь @@ 1 - (1/K 4 1 (1)

К, 1 + (1/К где l /P 2/R

1/1э = 1+ -+ + — +

Я R„

"о

r R r R

Н И 0 н

R< r — соответственно входное и выходное сопротивления усилителя 1, 10

ЙО,1 — сопротивления в цепи обратной связи усилителя 1.

При реализуемых условиях Ro

"ос" 4 l5

RоК+ Ro+ Рос+ r (2)

Относительная чувствительность преобразователя к изменениям коэффициента К усилителя 1 определяется зависимостью

20 щ К . К ЗК S (R + R )(R +r)

=-к(„, (, „„,) (3)

25 уж) . из которой при задании т ) = О получается, что (В, + ао)(к r) = О (4)

Решениями этого уравнения являются

"ос = "о .(5) и (6)

Подстановка выражений (S) и (6) в уравнение (2) определяет значение 5, инвариантное к вариациям параметров в соответствии с зависимостями до (7)

, = -R0C/; (8)

Таким образом, при выполнении одного из сопротивлений цепи обратной связи в виде преобразователя, в дан-. . ном случае инвертора импеданса, достигается параметрическая инвариантность устройства.

В изображенной на чертеже схеме при К >> 1, R< + г /(1 - К ) О, t где r - выходное сопротивление усилителя 4, Ям » r, R> y> Roc, при

I которых RBW U -Roc -RH/K, реализуется соотношение

Ф

50 йМ .. Roc (8а)

"о . "о где R „ — входное сопротивление импеданса.

Рассмотрим влияние нестабильности

55 6> значения K íà S. Для этого йЗХИ представим в виде соотношения

"вхи» р гд„ "ос + n ®

S - (1+д)>

"о (1O) подстановка которого в уравнение определяет выражение (1+ „ )/(К + 1) где (в И /(К+ 1) 875286 6 .(2) влении в схеме положительной обратной связи, что позволяет существенно увеличить коэффициент усиления.

Возможно использование предложенного преобразователя в виде преобразователя электрического сопротивления. при этом R выступает в роли преобразуемого сопротивления.

При вариациях значения К, обуслов- 10 ленного воздействием управляющего генератора 9 на .усилитель 1, относительное изменение выходного сигнала буде- определяться зависимостью (к1 aS(" ьк aS К

3"

К ЭК 5

= дК( ос А К+1+дм

),(12)

+ И

Ro

20 где b S (/S ЬК/К вЂ” относительные (к) изменения коэффициента преобразования .и коэффициента передачи соответственно усилителя 1.

Из уравнения 12 следует, что при

d 0 вариации параметра К не оказывают влияния на выходной сигнал, а при

4> ф 0 переменная составляющая сигнала с частотой управления будет изменять свое значение и фазу относительно сиг- 3О нала управления в зависимости от значения и знака Ои. Поэтому выходной сигнал в блоке 8 сравнения, представляющем собой, например, фазочувствительный выпрямитель, воздействует после 33 оценки его фазы относительно сигнала генератора 9 на управляющий вход усилителя 4 преобразоватепя 3 импеданса до наступления равновесия, определяющего равенство ди = О. При этом реали- 40 зуются соотношения (8) и (8а).

Таким образом, в предложенном активном масштабном преобразователе осуществляется параметрическая инвариантность, т..е. независимость результатов преобразования от изменения параметров, что позволяет повысить точность и быстродействие устройства.

Указанные свойства преобразователя могут быть использованы и при осущест- 30

Формула изобретения

1. Активный масштабный преобразователь, содержащии усилитель с цепью последовательной и (или) параллельной обратной связи по току и (или) напряжению, образованной делителем напряжения, включающим опорный импеданс и импеданс обратнбй связи, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и.быстродействия масштабного преобразования, по крайней мере, один из элементов цепи обратной связи выполнен в виде преобразователя импеданса.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что он со\ держит управляющий генератор, блок сравнения, например фазочувствительный выпрямитель с фильтром нижних частот на выходе, причем выходы генератора соединены с одним из входов блока сравнения и управляющим входом усилителя, другой вход блока сравнения соединен с входом масштабного преобразователя, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом элемента преобоазователя импеданса, определяющего равновесие в цепи, например усилителя преобразователя импеданса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Волгин Л.И; Линейные измерительные преобразователи для измерительных приборов и систем. M, "Сов, радио", 1971, с. 53-66.

2. Авторское свидетельство СССР

У 253235, кл. Н 03 F 1/34, 1971 (прототип).

875286

Заказ 9325/69

Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал .Ппп "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Горелова

Редактор Т. Кугрышева Техред Т.Иаточка Корректор М. Пожо