Имитатор комплексного сопротивления

)5 0 01 Й 17/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ТЕНТНОЕ ИЯТ Б ИСАНИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСКО ыходным зажимами лемент включен меж митатора и выходнь илителя, а третии входным зажимом ажимом усилителя(71) Институт электродинамики АН УССР (72) М, Н.Сурду и В.П.Карпенко(54) ИМИТАТОР КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ(57) Использование: в области электроизмерительной техники в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивления, либо комплексного сопротивления любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот, Сущность изобретения; для повышения точности формирования комплексной проводимости второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки элементов соединен Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано в качестве образцовой меры индуктивности, емкости или активного сопротивления, либо комплексного сопротивления любого характера реактивности в широком диапазоне номинальных значений и частот.Известен двухзажимный эквивалент реактивности, содержащий усилитель с тремя образцовыми элементами, первый из которых включен между входным зажимом имитатора и входным зажимом усилителя, второй. элемент включен между входным и с неинвертирующим входом усилителя, Второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора через отрицательную комплексную проводимость. Между вторым выходным зажимом усилителя и первым входным зажимом имитатора включен повторитель тока, Устройство содержит цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексных сопротивлений и операционный усилитель, инвертирующий вход, первый выходной зажим которого подключен к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно. Первый конец цепочки элементов и неинвертирующий вход усилителя подключены к входным зажимам имитатора. Использование изобретения позволит создать прецизионные двухзажимные меры индуктивности, емкости и активного сопротивления в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства. Точность предлагаемого устройства выше точности известных аналогов имитаторов. 2 з,п.ф-лы, 3 ил(1,2).Недостатком этого известного устройства является невысокая точность формирования эквивалентного сопротивления из-за наличия нежелательных составляющих во входном токе имитатора, обусловленных влиянием напряжения питания схемы (на входных зажимах имитатора), а также конечным значением сопротивления образцового элемента, включенного на входе усилителя. Это приводит к тому, что токи на входе и навыходе усилителя не одинаковы, т.е, входное сопротивление имитатора не равно егопроходному сопротивлению, что вызываетопределенные погрешности измерений привключении имитатора в мостовую измерительную цепь.Известен ряд устройств, содержащихоперационный усилитель с образцовымиимпедансами на входе и в цепи обратнойсвязи, а также с дополнительным образцовым импедансом, включенным между входом и выходом операционного усилителя, вкоторых применены различного вида дополнительные активные (усилительные) устройства для компенсации погрешностей, 15обусловленных неравенством входного ивыходного токов имитатора,Общим недостатком этих устройств является сложность схемы и конструкции ипониженная устойчивость работы, обусловленная наличием второго усилителя,Наиболее близким по технической сущности является имитатор комплексного сопротивления, содержащий цепочку из трехпоследовательно соединенных образцовых 25элементов комплексного сопротивления иоперационный усилитель, неинвертирующий вход и выход которого подключены кдвум точкам соединения образцовых элементов соответственно, концы цепочки образцовых элементов соединены междусобой и подключены к первому входномузажиму имитатора, а неинвертирующийвход и второй выходной зажим усилителяподключены к второму входному зажиму 35имитатора (2, фиг,1).Входной ток этого известного имитатора, определенный в результате расчета схемы, равенвх = р + 1 н. 40згде 1 р = О -- рабочий ток имитатора:У 2 4О О1 н = - + -- нежелательные составляла Угющие входного тока; 45О - напряжение на входных зажимахимитатора:22, Ез, Е 4 - сопротивления образцовыхэлементов, включенных на входе, в цепиобратной связи усилителя и на выходе усилителя соответственно.Нежелательные составляющие тока 1 нобусловлены влиянием входного напряжения О, протекающего через Л 4, и отклонением части тока через сопротивление Л 2. 55включенное на входе усилителя,Эквивалентная проводимость имитатора равна ъ1 вх Зу, = - .- = --- (1+1).О 72 742 з зу=-( - + - )2.2 74Эквивалентное сопротивление имитатора1 72 Ъг,==-(1-1)у 2 з фгде у - погрешности преобразования.Недостатком этого устройства является невысокая точность преобразования импе- данса, обусловленная наличием некелательных составляющих во входном токе имитатора, обусловленных влиянием входного напряжения и конечного значения сопротивления образцового элемента. подключенного к входу усилителя,Целью настоящего изобретения является повышение точности формирования эквивалентного импеданса имитатора.Поставленная цель достигается тем, что в имитаторе комплексного сопротивления, содержащем цепочку из трех последовательно соединенных элементов комплекс ного сопротивления и операционный усилитель, инвертирующий вход и первыи выходной зажим которого подключены к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элементов и неинвертирующий вход усилителя подключены к двум входным зажимам имитатора соответственно, введены новые связи, а именно: второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки образцовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилителя,Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то. что между первым входным зажимом имитатора и вторым выходным зажимом усилителя включается отрицательная комплексная проводимость, что повышает точность устройства,Вторым дополнительным свойством предлагаемого устройства является то, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используется повторитель гока.Отличительными от прототипа признаками предлагаемого технического решения, которые обуславливают его соответствие критерию "Новизна", являются 1, Введение новых связей между элементами. конец цепочки образцовых элементов подключен к неинвертирующему входу усилителя, а второй (нулевой) выходной зажим усилителя подключен к первому(потенциальному) входному зажиму имитатора.2. Введен новый элемент - между вторым выходным зажимом усилителя и первым входным зажимом имитатора включена отрицательная комплексная проводимость,3. Вторым дополнительным элементом является введение повторителя тока, включенного между первым входом имитатора и вторым выходом усилителя,Применение новых связей в устройстве позволяет получить новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, а именно: существенное повышение точности преобразования сопротивления за счет исключения нежелательных составляющих во входном токе устройства без усложнения схемы и конструкции устройства. При этом обеспечивается равенство токов на входе и на выходе усилителя,Дополнительное введение новых элементов позволяет повысить точность коэффициента передачи операционного усилителя, на котором построен имитатор комплексных сопротивлений.По сравнению с существующими аналогами имитатора, описанными выше (2-5). обеспечивается существенное упрощение схемы и конструкция устройства и повышение его устойцивости и точности.Таким образом, у заявляемого технического решения новая совокупность связей между элементами и введение нового элемента обуславливают новые свойства - повышение точности формирования комплексной проводимости в расширенном диапазоне частот и номинальных значений сопротивлений. что соответствует критерию "Существенные отличия",На фиг.1 приведена принципиальная схема предласаемого устройства; на фиг.2 - принципиальная схема предлагаемого устройства с дополнительным блоком, включенным между входом имитатора и вторым выходом усилителя; на фиг,З - эквивалентная схема предлагаемого устройства с включенным дополнительным блоком.Предлагаемое устройство (фиг,1) содержит усилитель 1. образцовые комплексные сопротивления 2,3,4. Сопротивление 2 включено между входным зажимом А имитатора и инвертирующим входом усилителя, Элемент 3 включен между инвертирующим входом и выходом усилителя. Элемент 4 включен между выходом и неинвертирующим входом усилителя. Второй выходной зажим усилителя 1 соединен с входным зажимом А имитатора. К зажиму В имитатора подключен неинвертирующий вход усилителя,Схема устройства, представленная нафиг.2, отличается от приведенной на фиг,1тем, что в ней между вторым выходом усилителя 1 и входным зажимом А имитатора5 включен дополнительный блок 5,Работа устройства может быть пояснена следующим образом,При показанных на фиг,1 соединенияхмежду элементами видно, что к образцово 10 му элементу 4 приложена алгебраическаясумма двух напряжений: входного напряжения О и выходного напряжения усилителя 1,В свою очередь напряжение О равно алгебраической сумме двух напряжений: входно 15 го О и преобразованного на элементах 2 и3 - напряжения 0, т,е,с.зОк =-(О - Ок) =-О(1+ - ),22где 72 и ЕЗ - сопротивления элементов 2 и 320 соответственно;ЛгОк =-О -ГзТаким образом к элементу 4 приложенонапряжение Ок и входной ток 1 вх, равный25 току 4, протекающему через элемент 4, определяется выражением;Лз1 вх= О30где Еа - сопротивление элемента 4,Эквивалентная проводимость имитатора равнам1 вх Лз35 Уэ =Эквивалентное сопротивление будет2 4Лэ = -- .зВ ы бором значений соп роти елен ий 22,Лз и Л 4 можно обеспечить требуемые характеристики эквивалентного комплексного сопротивления имитатора,Более подробный анализ работы уст 4 ройстеа, приведенного на фиг.2, может бытьпроизведен с использованием его эквивалентной схемы, показанной на фиг,З, где Ег,2 з и Е 4, 25 - сопротивления элементов 2,3,4,5соответственно,Лв - входное сопротивление усилителя50Ок - выходное напряжение усилителя 1,О - напряжение на зажимах АВ имитатора.В результате расчета эквивалентнойсхемы, представленной на фиг.З (например,.методом контурных токов) без учета по решностей высших порядков малости получимследующие выражения для контурных то 08:=О- Р+ - -(1+ - + - + "Лз 1 2.2 75 52.г 74 КР Ез Ег)Я + г 412.г Ьгде К - коэффициент усиления усилителя 1;р =(1 + - ) - коэффициентобратной 1 Ез2-2связи усилителя.Входной ток имитатора 1 к = 11, а ток через элемент 4 равен 2. Без учета погрешностей преобразования эти токи равны между собой, т,е. 1 х = 11 = 12, а эквивалентный импеданс имитатора для схемы на фиг.1 при Е 5 = 0 равен2.2(4Ез1 22где у 1 = - ( 1 + - ) - погрешность преКр Езобразования импеданса устройства, построенного по схеме на фиг,1 (при Е 5 = О),При наличии элемента 5(схема на фиг.2) эквивалентный импеданс равен гдед = - 1+- - + - )1 22 +Е 5 2.зК ф 2.3 Еа )у 2 - погрешность преобразования,Если значение сопротивления элемента5 принять равным72 Ка, 1 г+ гз( ЕЗ + 74 ) , 75 ( Тг Ег ) 1то погрешность уг будет частично скомпенсирована и составит1кГПрименение элемента 5 с соответствующим значением отрицательного сопротивления позволяет повысить точность устройства.Формирование отрицательных сопротивлений, используемых для компенсациипогрешностеи, особых трудностей не вызывает, т,к, для этих целей могут быпгь использованы соответствующие выводы на микросхеме, используемой в качестве операционного усилителя.5 Аналогичный эффект коррекции погрешностей может быть обеспечен. если в качестве элемента 5 применить повторитель токов,Использование изобретения позволит 10 создать прецизионные двухзажимные мерыиндуктивности, емкости и активного сопротивления в широком диапазоне значений и частот при небольших габаритах устройства, Точность предлагаемого устройства вы ше точности известных аналоговимитаторов. Формула изобретения 1. Имитатор комплексного сопротиеле ния, содержащий цепочку из трех последовательно соединенных образцовых элементов комплексного сопротивления и операционный усилитель, инвертирующий вход и первый выходной зажим которого.25 подключены к двум точкам соединения образцовых элементов соответственно, первый конец цепочки образцовых элементов и неинвертирующий вход усилителя подключены к входным зажимам имитатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности формирования комплексной проводимости, второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом имитатора, а второй конец цепочки образ цовых элементов соединен с неинвертирующим входом усилителя.2, Имитатор поп,1, отл ич а ю щи йс я тем, что второй выходной зажим усилителя соединен с первым входным зажимом 40 имитатора через отрицательную комплексную проводимость,3. Имитатор по п,2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве отрицательной комплексной проводимости используется повто ритель тока.1780025Составитель М, Сурду Редактор С, Кулакова Техред М,Моргентал Корректор В. Петраш Заказ 4434 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж. Раушская нэб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101