Ваттметр

(50 4 С 01 К 21 00 НИ,Т епешкин апайкин ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ И Н АВТОРСКОМУ( СВИДЕ(71) Ленинградский институт точноймеханики и оптики(56) Тимонтеев В.Н Величко Л.МТкаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектроннойаппаратуре. - М.: Радио и связь,1982, с. 1 Й,(57) Изобретение относится к областиизмерительной техники. Может бытьиспользовано в цифровых и аналоговыхприборах с автоматическим выборомпределов измерения мощности. Цельюизобретения является расширение динамического диапазона измеряемых мощностей и повышение точности, Для,воав 7 о 26 этого в устроиство, содержащее логарифмические усилители 1 и 2 напряжения и тока, блок 3 суммирования, блок 4 потенцирования, вольтметр 5, входные клеммы 9 и 10, введены блоки переключения пределов измерения 6, выбора пределов измерения 7, опорного напряжения 8. В материалах изобретения приведен конкретный пример выполнения блоков 1-8. Опорное напряжение зависит от температуры, это позволяет компенсировать температурную погрешность ваттметра. Также необходимо, чтобы транзисторы 12, 19, 20 и 46 имели одинаковые параметрыЖ и чтобы между ними было минимальное. тепловое сопротивление для обеспечения их одинаковой рабочей температуры. Изготовление транзисторов в еди- С е ном технологическом цикле и на одной подложке удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям. 1 ил.1. 12870Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых и аналоговых приборах с автоматическим выбором пределов измерения мощности. 5Цель изобретения - расширение динамического диапазона измеряемых мощностей и повышение точности эа счет автоматического переключения масштаба измерения и компенсации температурной погрешности.На чертеже .приведена функциональная схема ваттметра.Устройство содержит логарифмические усилители 1 и 2 напряжения и тока, блок .3 суммирования, блок 4 поеццирования, вольтметр 5, блок 6переключения пределов измерения,блок 7 выбора пределов измерения,блок 8 опорного напряжения, причем 20измеряемое напряжение и ток с входных клемм 9 и 10 поступают ца входылогарифмических усилителей тока 2 инапряжения 1. При этом логарифмический усилитель 1 напряжения выполненна операционном усилителе 11, прямойвход которого соединен с общей шиной,а инвертирующий вход соединен с базойи коллектором транзистора 12 и черезрезистор 13 - с входной клеммой 9, 30эмиттер транзистора 12 соединен с выходом операционного усилителя 11 ичерез резистор 14 - с инвертирующимвходом операционного усилителя 15,блока 3 суммирования, первым выводом . 35резистора 16, а также через резистор 17 - с выходом операционного усилителя 18 и эмиттером транзистора 19,являющимся выходом логарифмическогоусилителя 2 тока. Причем коллектор 40и база транзистора 19 соединеныс входной клеммой 1 О, инвертирующимвходом операционного усилителя 18,прямой вход которого соединен с общей шиной, прямым входом операционного усилителя 15, выход которого соединен с вторым выводом резистора 16и входом блока 4 потенцирования, который выполнен на транзисторе 20, база которого является входом блока 4 50потенцирования, а коллектор соединенс инвертирующим входом операционногоусилителя 21 и через резистор 22 - свыходом операционного усилителя 21,являющимся выходом блока 4 потенцирования, который соединен с первым выводом вольтметра 5, второй вывод которого соединЕн с прямым входом операционного усилителя 21 и общей ши 26 2цой. БлОк 6 переключения пределовизмерения выполцец ца транзисторныхключах 23-26, входы которых подключены к резисторному делителю опорцогонапряжения, который выполнен ца резисторах 27-31, причем первый выводрезистора 27 соединен с общей шиной,а второй вывод резистора 31 соединенс первым выходом блока 8 опорного напряжения, при этом точки соединениярезисторов 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30,30 и 31 соединены с соответствующимивходами ключей 23-26, выходы которыхобъединены и подключены к эмиттерутранзистора 2 о, явпяющемуся входомблока 4 потенцирования, а управляющиевходы ключей 23-26 соединены с выходами блока 7 выбора пределов измерения, выполненного на компараторах 3234 напряжения, прямые входы которыхобъединены и подключены к входу блока 4 потенцирования, а выходы компараторов 32-34 напряжения соединеныс логическими элементами ТОЖДЕСТВЕННОЕ ИЛИ 35-38, выходы которых являются выходами блока 7 выбора пределов измерения, причем инвертирующиевходы компараторов 32-34 напряжениясоединены с резисторным делителемопорного напряжения, выполненного нарезисторах 39-42, причем первый вывод резистора 39 соединен с общей шиной, а второй вывод резистора 42 соединен с первым выходом блока 8 опорного напряжения, при этом точки резисторов 39-40, 40-41, 41-42 соединены с инвертирующими входами компараторов 32-34 напряжения, причем точка соединения резисторов 40 и 41 подключена к второму выходу блока 8опорного напряжения, выполненного наоперационном усилителе 43, выход которого является первым выходом блока 8 опорного напряжения, прямой входоперационного усилителя 43 соединенс общей шиной, первым выводом источник 44 опорного напряжения соединенчерез резистор 45 с ицвертирующимвходом операционного усилителя 43 иэмиттером транзистора 46, коллектори база которого объединены и являются вторым выходом блока 8 опорногонапряжения,Ваттметр работает следующим образом.Пусть требуется измерить мощностьРх 11 х 1 хИзмеряемый токпоступает наклемму 10 ваттметра. Затем этот ток(4)40 45 50 логарифмическим усилителем 2 тока преобразуется в напряжение. Аналогично измеряемое напряжение У поступает на клемму 9 ваттметра. Затем напряжение поступает в логарифмический усилитель 1 напряжения.Выходные напряжения логарифмического усилителя 2 тока и логарифмического усилителя 1 напряжения соответвенно равны: 10 Б =- Ч,1 п --- ;1 х(1)1 эоЦ =- щ 1 п - "- -- (2) 151 эо 2где- температурный потенциал;1 1 - обратный ток эмиттера транэо а эо 2зисторов 19 и 12;К - резистор 13.Выходное напряжение блока 3 сумми рования равно П =П, +П =д 1 п(а --- ). (3)1 х П КЭо Эо 2В результате получается напряжениеУ пропорциональное логарифмическому произведению напряжения Цх и тока 1,. Для получения линейной Зависимости применяется блок 4 потенцирования. Выходное напряжение блока потенцирова ния, зависящее от выходного напряженйя блока 3 суммирования, подаваемого на базу транзистора 20 и опорного напряжения Пподаваемого на эмиттер транзистора 20, равно 35 0 пЬ =-1 ехр - д"-=4 эоъ1 эоаКа Пх1 х гКЬ1 эоа хаК 1 эо 1 эо 2 опгде 1 1- обратный ток эмитЭО а Э 04тера транзисторов 20и 46;К ,Кэ - резисторы 22 и 45;П- напряжение источника 44;и - коэффициент деленияделителя блока 6 переключения пределовизмерения. Из этого следует, что для изменения масштаба между измеряемой мощностью Р и напряжением Ц, измеряемым вольтметром 5 (что эквивалентно выбору предела измерения), можно изменять коэффициент деления делителя в блоке 6 переключения пределов измерения. Предел измерения (масштаб между измеряемой величиной Р и напряжением У 4) выбирается автоматически блоком 7 выбора пределов измерения, который состоит из компараторов 32- 34 напряжения, сравнивающих напряжение И , поступающее с выхода блока 3 суммирования, с напряжениями, снимаемыми с делителя, выполненного на резисторах 39-42.Делитель напряжения подключен к выходу операционного усилителя 43, инвертирующий вход которого соединен с эмиттером транзистора 46 и с резистором 45, другой вывод которого соединен с источником 44 опорного напряжения, База и коллектор транзистора 46 подключены к средней точке делителя напряжения.Напряжение на вйходе операционного усилителя 43, питающее делитель напряжения на резисторах 39-42, равно По Кб +К 42Пэ =Чт 1 п ---- (1+ --- ). (5) К, 1, Кз +К,о Так как выполняется равенствоб и =ср,1 п( - - - -) (6)ПКЭ 1 эоб Изменение измеряемой мощности надекаду вызывает изменение напряженияна выходе блока 3 суммирования на Пороговое напряжение, формируемое делителем на резисторах 39-42, должно отличаться на эту же величину.На выходе Е-го компаратора напряжения появится напряжение "1", если П Б,или 0 -11,=Е, где 6 - порог чувствительности компаратора.При Я - 0 у,1 п(- -- -) -К ц,1 п(- - - - ) 2 =О,1 Пх К,1 . 1,К 1(8)где К - коэффициент деления делителя, напряжения на резисторах 39-42. После упрощения легко показать,что1 хПх Г П( а )2(9)К, 1 э 12 Кэ 1 эоВыражение показывает, что выборпредела измерения легко осуществитьизменением коэффициента делени К1 г 8 делителя, это равносильно срабатыванию к-го компаратора. К выходам компараторов 32-34 напряжения подключены четыре логических элемента ТОЖДЕСТВЕННОЕ ИЛИ 35-38, на выходах которых появляется "1" в зависимости от выбранного диапазона. При этом на других выходах появляется напряжение 0". Эти напряжения поступают на входы ключей 23-26, находящихся в блоке 6 переключения пределов измерения. Ключ, на вход которого поступает напряжение "1", находится в открытом состоянии и напряжение с делителя, собранного на резисторах 27- 31, поступает на вход блока 4 потенцирования, вызывая изменение масштабаизмерения.Если измеряемая мощность соответствует первому пределу измерений, то выходное напряжение блока 3 суммирования не превышает пороговых напрякений на инвертирующих входах компараторов 32-34 напряжения, На ныходах компараторов 32-34 напряжения формируются напряжения "0, а на выходе логического элемента 35 появляется сигнал "1". На выходах элементов 36- 38 сигналы соотнетствуют "О", Эти сигналы поступают в блок 6 переключения пределов измерения. При этом ключ 23 находится в открытом состоянии, так как на его вход поступает напряжение "1", С выхода делителя, собранного на резисторах 27-31, напряжение через открытый ключ 23 поступает на вход блока 4 потенцирования. Это напряжение зависит от выбранного диапазона и равно(10)3 эо 1 Коэффициент деления делителя блока 6.переключения пределов измерения для первого предела измерения опреде. ляется выражением 7026 6было минимальное тепловое сопротивление для обеспечения их одинаковойрабочей температуры, Изготовлениетранзисторов в едином технологичес ком цикле и на одной подложке удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям.Если измеряемый ток соответствуетвторому пределу измерений, то выход ное напряжение блока 3 суммированиястановится больше порогового, подаваемого на инвертирующий вход компаратора 32 напряжения, но меньше пороговых напряжений компаратора 33 и 34 15 напряжения. На выходе компаратора 32напряжения формируется напряжение.,соотве гствующее "1". При этом напряжение "1" появляется на выходе логического элемента 36. На выходах 20 остальных логических элементов 35,37 и 38 напряжение соотвеТствует "0".Эти напряжения, поступив в блок 6,вызывают открывание ключа 24. Ключи 23, 25 и 26 находятся в закрытом 25 состоянии, На вход блока 4 потенциронания поступает опорное напряжение,определяемое коэффициентом деленияделителя: Е гт+78и =- ---- " . (12) Вл +2 +эо 1 Коэффициент передачи блока 4 потенцирования уменьшается.Унеличение выходного напряжения 35 блока 3 суммирования может быть вызвано как увеличением тока 1, так иувеличением напряжения 0.Аналогичным образом работает ваттметр при других значениях измеряе мой мощности,Предлагаемая схема ваттметра позволяет расширить динамический диапазон измеряемых мощностей и снизитьпогрешность измерения мощности за 45 счет уменьшения влияния измененийтемпературы окружающей среды.К 7п,------- , (11)Кто+К,в+КК,о+КБлок потенцирования работает смаксимальным коэффициентом передачи,что соответствует наиболее чувствительному пределу измврения,Опорное напряжение зависит от температуры, что позволяет компенсировать температурную погрешность ваттметра. Также необходимо, чтобы транзисторы 12, 19, 20 и 46 имели одинаковые параметры и чтобы между ними Формула изобретения 50 Ваттметр, содержащий логарифмические усилители напряжения и тока,выходы которых подключены к входамблока суммирования, выход которогоподключен через блок потенцирования 55 к вольтметРу, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширениядинамического диапазона и повышенияточности измерения, в него введеныблок выбора пределов измерения,Заказ 7711/46 Тираж 730Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раупская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,блок переключения пределов измерения,блок опорного напряжения, выполненный на операционном усилителе, транзисторе и последовательно соединенных резисторе и источнике опорногонапряжения, первый вывод которогосоединен с общей шиной и прямым входом операционного усилителя, а второй - через резистор с эмиттеромтранзистора и инверсным входом операционного усилителя, выход операционного усилителя, являющийся первымвыходом блока опорного напряжения,7026 8подключен к входам блоков выбора пределов и переключения пределов, вторым выходом блока опорного напряжения являются соединенные база и коллектор транзистора, подключенные к второму входу блока выбора пределов, выходы которого подключены к управляющим входам блока переключения пределов, выход которого под ключен к второму входу блока потенцирования, вход которого подключен к третьему входу блока выбора пределов.