Стабилизатор переменного напряжения

Союз Советск изСоциапистичесимкРеспублик ОП ИСАНИЕ и 868721 етроченк изобрете омский расног и орд на Трудовтитутеще дена Октябрьскои Революц намени политехнический иим. С. М. Кирова 1) Заявится(54 ЯЖЕНИЯ ЗАТОР ПЕРЕИЕННОГ Изобретение относится к электронике и может быть использовано в регулировких генераторахгде необходиенного напряжеожнымбыстродействием.Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий задающий генератор и усилитель с управляемым коэффициентом передачи, к выходу которого подключена цепь стабилизации выходного напряжения, включающая усилитель-ограничитель, блок сравнения, перемножитель, инерционное звено и усилитель постоянного тока, выход которого подключен к управлякнсему входу регулируемого усилителя 11.Недостаток известного устройства состоит в ограниченном быстродействии цепи стабилизации за счет наличия в управляющем напряжении на выходе перемножителя всех четных гармосхемах автоматическои иления, измерительнь других устройствах,стабилизаторы пере я с максимально возник сигнала остатка второй, четвертой, шестой гармоник и т.п., дляфильтрации которых необходима опредленная инерционность в усилителе по стоянного тока или перед ним,Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее по-следовательно соединенные задааций генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, и интегратор, выходом подключенный к управляющему входу управляемо- го усилителя 2 .Однако указанное устройство отличается недостаточной стабильностью. из-за быстрых флуктуаций вьходного напряжения, которые не отрабатываются инерционной системой стабилизации.При уменьщении инерционности цепи стабилизации в регулирующем напряженииуправляемого делителя появляются пульсации, спектральный состав которыхсовпадает со спектром выходного сигнала преобразователя, т.е. имеет всечетные гармоники. Это приводит к реэ 5кому возрастанию нелинейных искажений выходного напряжения стабилизатора, которые однозначно связаны с уровнем пульсаций регулирукпцего напряженияе 10Цель изобретения - повышение стабильности выходного напряжения стабилизатора за счет увеличения быстродействия стабилизации.ПОставленная цель достигается тем,что в стабилизатор введены ограничитель, дополнительный сумматор и усилитель-ограничнтель, причем выход измерительного преобразователя черезогранилтель подключен к другому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом дополнительногосумматора и входом усилителя-ограничителя, выход которого подключен ковторому входу дополнительного сумма- дтора, выходом соединенного со входоминтегратора.На фиг. 1 приведена блок-схемапредлагаемого стабилизатора; нафиг. 2 - диаграммы напряжений.Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1,управляемый усилитель 2 и усилитель 3мощности, к выходу которого подк."ючена цепь стабилизации выходного напря 35жения, включающая измерительный преобразователь 4, который через ограничитель 5 соединен с сумматором 6, ковторому входу которого подключен источник 7 опорного напряжения, а вы 40ход его соединен с одним входом дополнительного сумматора 8 непосредственно, а с другим входом - через усили -тель-ограничитель 9, регулирующее напряжение с сумматора 8 подается черезинтегратор 10 на управляемый усилитель 2,Стабилизатор переменного напряженияработает следующим образом,Переменное напряжение с задающегогенератора 1 поступает через управляемый усилитель 2 на усилитель 3 мощности, выходное напряжение которого -стабилизируется цепью стабилизации.Главной составной частью ее являетсяизмерительньй нреобразователь 4, выходное напряжение которого 1 фиг. 2 а)" содержит все четные гармоники, Чтобыне допустить возрастания нелинейных 868121 4искажений выходного напряжения, дляфильтрации этих гармоник в регулирующем напряжении, в частности второй ичетвертой гармоник, необходима больщая постояннаявремени интегратора 1 0включенного в цепь стабилизации. Нодля отработки быстрых флуктуаций сигнала, поступающего с задающего генератора 1, а следовательно, для повыше ния стабильности выходного напряжениястабилизатора, необходимо повышатьбыстродействие его цепи стабилизации за счет снижения инерционностиинтегратора 10. Это противоречие может быть разрешено путем преобразования спектра регулирующего напряжения.При этом не должно быть потерь чувствительности к прирашению выходного напряжения. Это достигается исключениемсамых низкочастотных составляющихспектра - второй и четвертой гармоник.Для этого в систему стабилизации введены ограничитель 5, сумматор 8 и усилитель-ограничитель 9.Сначала спектр полученного на выходе преобразователя 4 напряжения преобразуется ограничителем 5 фиг.2 б )с целью устранения из сигнала четвертой гармоники, Уровень ограниченияО выбирается таким, чтобы обеспечитьугол отсечки 8 = 65,9 , который полуочается однозначным для стабилизирован,ного выходного напряжения и которыйможно рассчитать, приравнивая коэффициент Берга для четвертой гармоники к нулю, При этом чувствительностьк приращению выходного напряженияуменьшается менее чем на 107Далее полученный сигнал О сравнивается в сумматоре 6 с опорньм напряжением 11 о источника 7 (фиг. 2 в), врезультате чего образуется сигнал рассогласования, который используетсяв дальнейшем для регулирования. Расчеты показывают, что полученный уголотсечки 9 примерно равен 45 , т.е./ опосле усиления в ограничителе 9 получается сигнал типа меандр со скважностью два, Спектральньй состав такогосигнала, как известно, имеет тольконечетные составляющие, а так как основная частота меандра является удвоенной по сравнению с частотой колебаний выходного напряжения, то сигнал09 (фиг, 2 г) содержит вторую, шестую и десятую гармоники и т.д , причем вторая гармоника находится в противофазе по сравнению со второй гар,моникой сигнала О. Теперь достаточно рассчитать амплитуду меандра Оот= = 0,2535 О т;е. уровень ограничения усилителя-ограничителя 9, чтобы после суммирования в,сумматоре 8 скомпенсировать вторую гармонику регулирующего напряжения (фиг. 2 д).Таким образом, преобразование спектра регулирующего напряжения, т,е. исключение второй и четвертой гармоник ( уровень остальных гармоник 1 О примерно удваивается ) позволяет уменьшить постоянную времени интегратора 10 без увеличения уровня пульсаций, тем самым увеличить быстродействие цепи стабилизации и, следователь но, повысить стабильность выходного напряжения стабилизатора.Кроме того, при использовании в цепи стабилизации фильтра второго порядка, при котором еще сохраняется устойчивость замкнутой системы регулирования, можно значительно уменьшить уровень нелинейных искажений выходного напряжения, которые зависят от уровня пульсаций сигнала рассогласования, Это возможно потому, что с ростом номера гармоники, с которого начинается гармоническое разложение, резко возрастает эффективность такого фильтра.30 Устройство может работать и без ограничителя 5. В этом случае двухполупериодное напряжение подается непосредственно на сумматор 6. Угол отсечки 9 увеличится до 5 О,46 , Теперьо ограниченное напряжение О 9 несколько отлично от меандра, В нем как и в напряжении О 6 присутствует четвертая гармоника. Однако после уравнивания40 вторых гармоник путем расчета У 010,34 Ов,) в раэностном сигнале Оц четвертая гармоника как н вторая практически отсутствует: она более чем на порядок меньше, чем в двухполупериодном напряжении. Приращения выход ного напряжения стабилизатора через усилитель 9 имеющий стабильный уровень ограничения, не проходят. Поэтому потерь чувствительности к приращению выходного напряжения практическине происходит.Таким образом, введение в стабилизатор ограничителя, дополнительногосумматора, усилителя-ограничителя ифильтра второго порядка позволяет повысить стабильность выходного напряжения за счет увеличения быстродействия цепи стабилизации, а также уменьшить уровень нелинейных искажений,в результате чего улучшаются его метрологические характеристики,Формула изобретенияСтабилизатор переменного напряжения, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, управляемый усилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с выходными клеммами и со входом измерительного преобразователя, сумматор, одинвход которого соединен с источникомопорного напряжения, и интегратор,выходом подключенный к управляющемувходу управляемого усилителя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности выходногонапряжения путем увеличения быстродействия стабилизации, в него введены ограничительдополнительный сумматор н усилитель-ограничитель, причем выход измерительного преобразоватжя через ограничитель подключен кдругому входу сумматора, выход которого соединен с первым входом допол-;нительнога сумматора н входом усилителя-ограничителя, выход которого нодключен ко второму входу дополйительного сумматора, выходом соединенногосо входом интегратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,. Авторское свидетельство СССРФ 43497, кл. С 05 Г, 1974.2. Булатов Ю.А, Прецизионныйгенератор-калибратор переменных напряжений ГКА. - Изв, ТПИ, 1974,т. 298.