Стабилизатор переменного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Пй В ЗШС 05 Г 144 НА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АНИЕ ИЗОБРЕ РСИОМУ СВИДЕТЕЛЦСТ(71) Томский ордена ОктябрьскойРеволюции и ордена Трудового КрасногоЗнамени политехнический институтим,С,М.Кирова(56) 1. Авторское свидетельство СССР .В 966675, кл. С 05 Р 1/44, 1981(54)(57) 1СТАБИЛИЗАТОР. ПЕРЕМЕННОГОНАПРЯЖЕНИЯ по авт.св. Р 966675, о тли ч а ю щ и й с,я тем, что, с целью повышения точности -и стабильнОсти выходного напряжения, в нем частотно-зависимая цепь обратной связис дополнительным выходом выполненана двух. цифроайалоговых преобразователях и двух интеграторах, причемвход указанной цепи обратной связи:подключен, к входу первого цифроана,логового преобразователя, выход которого соединен с первым интегратором, выполненным на основе усилите ля, ваход которого подключен к допол- нительному выходу частотно-зависимой цепи обратной связи и через второй цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенный с ним второй интегратор - к выходу частот.но-зависимой цепи обратной связи, а источник опорного. напряжения выполнен управляемым и включает усилитейь мощности, преобразователь переменного напряжения в постоянное, сумматор, третий интегратор и опорный элемент, причем вход усилителя мощности соеди. нен с выходом частотно-зависимой цепи обратной связи а выход через преобразователь переменного напряжения и постоянное - с одним из входов сум- Э матора, другой вход которого связан с опорным элементом, а выход связан Цф с входом третьего ийтегратора, выход фаае которого подключен к выходу источни- %ее ка опорного напряжения,.кроме того, входы управления первого и второго цифроаналоговых преобразователей под ключены к выходу введенного блока управления.1072020 ности переходных процессов при коммутациях частоты иамплитуды.Поставленная цель достигаетсятем, что в стабилизаторе частотнозависимая цепь обратной связи с дополнительным выходом выполнена надвух цифроаналоговых преобразователях и двух интеграторах, причем входукаэанной цепи обратной связи подключен к входу первого цифроаналогового преобразователя, выход которого;соединен с первым интегратором, выполненным на основе усилителя, выход.которого подключен к дополнительному. выходу частотно-зависимой цепиобратной связи и через второй цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенный с ним второйинтегратор - к выходу частотно-зави:симой цепи обратной связи, а источник Ю опорного напряжения выполнен управляемым и включает усилитель мощности,,преобразователь переменного напряжения в постоянное, сумматор, третийинтегратор и опорный элемент, причем 25 вход усилителя мощности соединен с;выходом .частотно-зависимой цепи обратнойсвязи, а выход через преобразователь переменного напряжения впостоянное - с одним из входов сум- ЗОматора, другой вход которого связанс опорйым элементом, а выход - свходом третьего интегратора, выходкоторого подключен к выходу источника опорного напряжения, кроме того, 35 входй управления первого и второгоцифроаналоговых преобразователей под.клюены к выходу введенного блока управления.При этом стабилизатор, с целью 4 О снижения длительности переходных про.цессов при коммутации частоты, может быть снабжентретьим цифроаналоговым преобразователем, которыйвключен между выходом сумматора и 4 входом третьего интегратора, входуправления введенного преобразоватеГ2. Стабилизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения длительности переходных процессов при коммутации частоты, он снабжен третьим цифроаналоговым преобразователем, который включен между выходом сумматора и входом третьего интегратора, вход управления указан" ного преобразователя также подключен к выходу блока управления.3. Стабилизатор по пп.1 и 2, о т-л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це-. лью снижения длительности переходных Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в установках для исследования и поверкирадиотехнических приборов,По основному авт.св, Р 9 ббб 75 известен стабилизатор, содержащийколебательное звено, включающее усилитель, охваченный частотно-зависимой обратной связью, включающей блокс дополнительным. выходом усилителя,и частотно-независимой обратной связью, включающей регулирующее звено,дополнительный выход усилителя черезпоследовательно соединенные формирователь прямоугольного напряжения,первый ключ с первым запоминающимэлементом и усилительный элементподключен к входу регулирующего звена, основной выход усилителя соединен с одним из входов суммирующегоусилителя, другой выход которогоподключеи к источнику опорного напряжения, второй ключ, второй запоминающий элемент и логический инвертор, причем вход второго ключа соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход подключен к второмузапоминающему элементу и входу перного ключа, управляющий вход второгоключа соединен с выходом формирователя прямоугольного напряжения черезлогический инвертор Г 1 Ъ.Недостатками устройства являютсянизкая точность и стабильность выход.ного напряжения и,сравнительно длительные переходные процессы, обусловленные ограниченными условиямиустойчивости петлевого усиления вконтуре стабилизации и, следовательно, большим влиянием неидентичностиэлементов .частотно-зависимой обратной связи на точность и стабильностьамплитуды колебаний и длительностьпереходных процессов.Цель изобретения - повышение точности и стабильности выходного напряжения, а также снижение длительпроцессов при коммутации амплитуды,он снабжен четвертым и пятым цифроаналоговыми преобразователями, причемчетвертый цифроаналоговый преобразователь включен между выходом.источника опорного напряжения и выходомсуммирующего усилителя, а пятый цифроаналоговый преобразователь - между опорным элементом и другим входомсумматора, при этом входы управлениячетвертого и пятого цифроаналоговыхпреобразователей также подключены квыходу блока управления.,ля,также подключен к выходу блокауправления.Кроме того, с целью снижения длительности переходных процессов прикоммутации амплитуды, он снабжен четвертым и пятым цифроаналоговыми преобразователями, причем четвертый цифроаналоговый преобразователь включенмежду выходом источника опорногонапряжения и выходом суммирующегоусилителя, а пятый цифроаналоговый 10преобразователь - между опорным элементом и другим входом сумматора,..при этом входы управления четвертогои пятого цифроаналоговых преобразователей также подключены к выходу блока управления,На чертеже изображена схема ста-.билизатора.Усилитель 1 охвачен цепью частотно-зависимой обратной связи, состаВленной из цифроаналогового преобра-зователя . ЦАП) 2 , интегратора 3,второго ЦАП 4 и второго интегратора5, к выходу интегратора З.подключенырегулирующее звено б цепи частотнонезависимой обратной связи и формирователь 7 прямоугольных импульсов.К управляющему входу регулирующегозвена б подключена цепь последовательно соединенных усилительногоэлемента 8, ключа 9 с запоминающим.конденсатором 10, ключа 11 с запоминающим конденсатором 12, суммирую- .щего усилителя 13Логический инвертор 14 включен между управляющимвходом ключа 11 и выходом формирователя 7, к которому йодключен и ключ9. Один вход суммирующего усилителя13 соединен с выходом интегратора 5,а второй вход - с цепью третьего интегратора 15, третьего ЦАП 1 б.и сумматора 17. Четвертый ЦАП 18 включенв цепь обратной связи суммирующегоусилителя 13. К выходу интегратора5 подключена цепь последовательносоединенных усилителя 19 мощности,преобразователя 2(Гпеременного напряжения в ноатоянйое, сумматора 17, пятого ЦАП 21, элемента 22. Блок 23 управления подключен к управляющемувходу каждого ЦАП,.Стабилизатор работает следующимобразом. С блока 23 управления на ЦАП 2 и 4 поступают сигналы управления частотой выходного напряжения в виде циф рового кода. Каждый ЦАП выполнен в виде резистивной, сетки 1 - 2 с ключами, поэтому цифровой код преобразуетая в пропорциональное значение коэффициента передачи ЦАП, Колебания:в 60 схеме, содержащей усилитель 1, ЦАП 2, интегратор 3, ЦАП 4, интегратор Ь и цепь регулируемой обратной связи, возникают на частоте, на которой выполняются баланс Фаэ и амплитуд. Первое условие - баланс фаз - выполняется автоматически в широком диапазоне частот, так как усилитель 1 инвертирующий сдвигает фазу на -180 , а каждый ЦАП и интегратор сдвигает фазу на 90.Общий сдвиг Фаз, равен Оф. Второе условие - баланс амплитуд выполняется на частоте, зависщей от, коэффициента усиления усилителя 1, коэффициентов передачи ЦАП 2 и ЦАП 4, их выходных оопротивлений и емкостей конденсаторов интеграторов 3 и 5. Поэтому, меняя коэфФициент передачи ЦАН 2 и 4, можно изменять условие баланса амплитуд а следовательно, и частоту колебаний. Поскольку в ЦАП используются только одинаковые резисторы с номинальными сопротивлениями ,Р, и 2 Й, то коэффициент передачи ЦАП может изменяться в зависимости от числа и порядка включенных разрядовочень точно, поэтому коэффициенты передачи ЦАП 2 и 4 под действием сигналов управления изменяются одинаково. Учитывая, что легко достигается практически точное равенство изменений коэффициентов передачи,.возмущения вносимые .их неидентичностью в условиях баланса амплитуд и фаз незначительны. Следовательно,. при использовании ЦАП повышается стабильность амплитуды и частоты колебаний. В такой схеме можно очень точно задать отношение частот, так как оно зависит только от коэффициентов передачи ЦАП.Дальнейшее повышение точности и стабильности амплитуды достигается с помощью второго контура стабилизации, выполненного в виде управляемо-. го источника опорного .напряжения и включающего усилитель 19 мощности, преобразователь 20 переменного напря жения в постоянное, сумматор 17, интегратор 15, в котором отклонения амплитуды переменного напряжения преобразуются в пропорциональное отклонение постоянного напряжения и через сумматор 17 и интегратор 15 меняется напряжение на входе сумми-. рующего усилителя 13, изменяя амплитуду колебаний в направлении устранения возникакщего отклонения. Точность и стабильность выходного напряжения определяются здесь преоб-разователем 20, высокая точность которого может быть обеспечена посредством реализации его, например, на операционном выпрямителеОднако при коммутации частоты возникают кратковременные коммутационные помехи, которые вызывают отклонения амплитуды. Схема стабилизации .их устраняет, но длительность этого процесса может быть значительной, Для уменьшения этого времени введен ЦАП 16. Длительность переходного процесса зависит от постоянной времени интегратора1072020 Составитель С,ЧернышеваРедактор О,Юрковецкая Техред С.Легеза Корректор А. Тяско Заказ 125/40тираж 842 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5филиал ППП фПатент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 15 и коэффициента передачи цепи из усилителя 19, преобразователя 20, сумматора 17 и ЦАП 16. Это время нри данной амплитуде, при определенных соотношениях частоты генерируемых колебаний, коэффициента передачи и постоянной времени может быть равно длительности двух периодов частоты колебаний. При изменении частоты колебаний эти соотношения нарушаются, что вызывает увеличение длительности переходного процесса. Если частота увеличивается, то переходный процесс становится колебательным и его длительность возрастает, если на-, оборот частота уменьшается, то пере ходный процесс становится апериодическйм, но его длительность также возрастает. Таким образом, для того чтобы .длительность переходного процесса была минимальной и равнялась 20 двум периодам колебаний при изменении частоты необходимо изменять коэффициент передачи ЦАП 16, что обеспечивается переключением ЦАП 16 синхронно с ЦАП 2 и 4, Для этого с бло ка управления на них поступают одновременно одинаковые цифровые коды. Таким образом, достигается уменьшение длительности переходных периодов при коммутации частоты колебаний. 3 ОПри управлении амплитудой колебаний также возникают переходные процессы, для уменьшения длительности которых введены ЦАП 18 и 21,. при этом со схемы 23 управления на ЦАП 18 З 5 и 21 поступают сигналы в виде цифрового кода, пропорционального требуемому значению амплитуды колебаний. Изменение амплитуды также является возмущением для контура стабилизатора, так как изменение напряжения с 4 О выхода ЦАП 21 вызывает появление сигнала рассогласования на выходе сумматора 17, который через ЦАП 16, интегратор 15 и суммирующий усилитель 13 изменяет амплитуду направления в 45 направлении уменьшения рассогласования. Новое значение амплитуды выходного напряжения устанавливается не мгновенно, а через время, длительность которого составляет время переходного процесса. Причем при уменьшении или увеличении амплитуды дли- .тельность переходного процесса воз-растает. Более того, при определенной малой амплитуде колебательныйпроцесс переходит в самовозбуждение по огибающей. Все это обусловлено тем, что петлевое усиление местного контура стабилизации, включающего усилитель 13 с ЦАП 18 в цепи обратной связи, первый и второй ключи9.и 11 с конденсаторами 10 и 12, усилитель 8, регулирующее звено 6 и колебательное звено из блоков 1-5, зависит от амплитуды колебаний и изменяется прямо пропорционально ей. Еслиамплитуда уменьшается, уменьшается ипетлевое усилениеЭто приводит кухудшению переходных процессов. Отсюда ясно, что если изменять коэффициент усиления усилителя 13 обратнопропорционально амплитуде колебаний,то коэффициент усиления в местномконтуре, будет оставаться постоянным,следовательно, переходные процессыбудут минимальными по длительности.Для этой цели ЦАП 18 введен в цепьобратной связи .усилителя 13. Приэтом, если на ЦАП 18 и 21 одновременно поступают одинаковые цифровыекоды управления амплитудой, то коэффициентпередачи ЦАП 18 прямопропорционален цифровому коду, при этомкоэффициент усиления усилителя 13фудет изменяться обратно пропорционально цифровому коду и измененияпетлевого усиления в местном контуре устраняются, Колебания быстро 1 за2-3 периода) устанавливаются с новойамплитудой. Это является преимуществом преДлагаемого стабилизатора перед известным,Таким образом, изобретение позволяет повысить точность и стабильность выходного напряжения, а такжеснизить длительность переходных процессов при коммутации частоты и амп-литуды.