Активный масштабный преобразователь

О П И С А Н И Еи 875286ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтсинкСоцналнстнчвсиикРвспублии(22) Заявлено 25,1 1.77 (21) 2548617/8-21с присоедииениеет заявки рйОпубликовано 23. 08. Бюллетень ЗЧе 39 ао делан нзебретенкй н открытей(54) АКТИВНЫЙ МАСШТАБНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТ Изобретение относится к измеритель ной 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 отрицательной обратной связью1,Недостатком этих преобразователей является то,что требования максииалЬ ных точности и усиления вступают в противоречие, точность снижается за 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 на чальной 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 - повышение 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 импе- данс обратной связи, один иэ элементовцепи обратной связи выполнен в виде преобразователя импеданса. 11 ри 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 вы. ход 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 Йо, а выход которого соединен с преобразователем 3 импеданса, состоящим из усилителя 4 с коэффициентом передачи К,охваченного обратной связью через резистор 5с сопротивлением Йм, последовательно соединенным с резистором 6, с сопротивлением В , причем преобразователь 3 импеданса, подключенный через резистор 7 с сопротивлением Й 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 сФфильтром нижник частот на выходе,0 абота масштабного преобразователяопределяется следующими соотношения.ми.Коэффициент масштабного преобразования усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению определяется известным 21 выражением Вою 1 - (1/К л (1)й 1 + (1/К где 1/,1 2/й1/1 э = 1 + ++ - +Й. ВЙОг г г В г ВнЦ .Й 1 г - соответственно входное ивыходное сопротивления усилителя 1, ОЙО,1 - сопротивления в цепи обратной связи усилителя 1.При реализуемых условиях Вос Й,г (с Й 1, г ( Й выражение (1) можетбыть представлено в виде,из которой при задании т к= О получается, что(й, + Й )(й г) = О (4)Решениями этого уравнения являются ЭОЙос о .и(6)Подстановка выражений (5) и (6) вуравнение (2) определяет значение 5,инвариантное к вариациям параметровв соответствии с зависимостями5 йо (7)ВОС/го (8)Таким образом, при выполнении одного из сопротивлений цепи обратнойфо связи в виде преобразователя, в дан. ном случае инвертора импеданса, достигается параметрическая инвариантность устройства,В изображенной на чертеже схемепри К 11 1 Йо+ г /(1 К ) Ою1где г - выходное сопротивление усилителя 4, йн м г, Вйос, прикоторых ЙЕ 0 щ -йоо -йи/К, реали.зуется соотношение505ВЙос(8 а)ЙО . Йогде й- входное сопротивление импеданса.Рассмотрим влияние нестабильности55 К значения К на 5. Для этого йпредставим в виде соотношениядвхи р гзф, "ос+фиЙН(2) влении в схеме положительной обратнойсвязи, что позволяет существенно увеличить коэффициент усиления.Возможно использование предложенного преобразователя в виде преобразователя электрического сопротивления.при этом В выступает в роли преобразуемого сопротивления.При вариациях значения К, обуслов О ленного воздействием управляющего генератора 9 на .усилитель 1, относительное изменение выходного сигнала буде" определяться зависимостьюСк) д 5" ьК а 5 К5 К ЭК 5(к)изменения коэффициента преобразования .и коэффициента передачи соответственно усилителя 1.Из уравнения 12 следует, что при ОиО вариации параметра К не оказывают влияния на выходной сигнал, а при Д 1О переменная составляющая сигнала с частотой управления будет изменять свое значение и Фазу относительно сиг- З 0 нала управления в зависимости от эначе. ния и знака КИ. Поэтому выходной сигнал в блоке 8 сравнения, представляющем собой, например, фазочувствительный выпрямитель, воздействует после 35 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 зуются соотношения (8) и (8 а).Таким образом, в предложенном активном масштабном преобразователе осуществляется параметрическая инвариант- ность, те. независимость результатов 4 преобразования от изменения параметров, что позволяет повысить точность и быстродействие устройства.Указанные свойства преобразователя могут быть использованы и при осущест Формула изобретения 1, Активный масштабный преобразователь, содержащии усилитель с цепьюпоследовательной и (или) параллельнойобратной связи по току и (или) напряжению, образованной делителем напряжения, включающим опорный импеданси импеданс обратной связи, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности и.быстродействиямасштабного 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 щ и й с я тем, что он содержит управляющий генератор, блоксравнения, например фазочувствительный выпрямитель с фильтром нижнихчастот на выходе, причем выходы генератора соединены с одним из входовблока сравнения и управляющим входомусилителя, другой вход блока сравнения соединен с входом масштабногопреобразователя, а выход блока сравнения соединен с управляющим входомэлемента преобоазователя импеданса,определяющего равновесие в цепи, например усилителя преобразователя импеданса.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Волгин Л.И. Линейные измерительные преобразователи для измерительных приборов и систем. М , "Сов,радио", 1971, с. 53-66.2, Авторское свидетельство СССРУ 253235, кл. Н 03 Г 1/34, 1971875286 Тираж 735 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раушска