Калибратор переменного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Р 1 44. ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТ 7 госуда стюнный номитет ссср ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТ ВТОРСИОМУ СВИДЕ(72) Ю.С. Шумков и В.В. Волохин (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 532092, кл. С 05 Р 1/44, 1974.2. Авторское свидетельство СССР У 736065, кл. С 05 Р 1/44, 1980. (54(57) КАЛИБРАТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий задающий генератор, к выходу которого подключен регулирующий элемент, компаратор, один вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом первого усилителя, второй усилитель- стробоскопический преобразователь и клемму для подключения нагрузки, о т л и ч а ю,80109402 щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,в него введены сумматор, усилительмощности два ключа, .запоминающий,узел и блок управления, причем выход первого усилителя через последовательно соединенные первый ключи запоминающий узел подключен куправляющему входу регулирующегоэлемента, вход стробоскопическогопреобразователя соединен с клеммойдля подключения нагрузки, а выходчерез второй усилитель подсоединенк другому входу компаратора непосредственно и через второй ключ -к первому входу сумматора, второйвход которого соединен с выходомрегулирующего элемента, а выход через усилитель мощности подсоединенк клемме для подключения нагрузки,при этом управляющие входы обоих94025 2его действующее либо среднее значение зависит от его формы, которая неявляется постоянной. При использовании известного устройства погрешность калибровки выходного напряжения по среднему либо действующемузначению будет значительной (десят-,ки процентов), что совершенно недопустимо при прецизионных измерениях,1 0 Целью изобретения является расширение функциональных возможностейкалибратора переменного напряжения,состоящее в том, что предлагаемоеустройство может формировать пере 15 менное напряжение различной формы;калиброванное по амплитудному,среднему либо действующему значению,Поставленная цель достигаетсятем, что в калибратор переменного20 напряжения, содержащий задающий генератор, к выходу которого подключен регулирующий элемент, компаратор, один вход которого соединен с источником опорного напряже 25 ния, выход - с входом первого усилителя, второй усилитель, стробоскопический преобразователь, клеммудля подключения нагрузки, введенысумматор, усилитель мощности, два30 ключа, запоминающий узел и блокуправления, причем выход первогоусилителя через последовательно соединенные первый ключ и запоминающий узел подключен к управляющемувходу регулирующего элемента, входстробоскопического преобразователясоединен с клеммой для подключениянагрузки, а выход через второйусилитель подсоединен к .другому40 входу компаратора непосредственнои через второй ключ - к первомувходу сумматора, второй вход которого соединен с выходом регулирующего элемента, а выход через усили 45 тель мощности подсоединен к клеммедля подключения нагрузки, приэтом управляющие входы обоих ключей подключены к выходу блока управления.На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2блок-схема одного из возможныхвариантов исполнения блока управления; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства. ОИзобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторам переменного тока, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контроля и управления.Известен калибратор переменного напряжения, содержащий задающий генератор, регулирующий элемент, последовательно соединенные источник опорного напряжения, дифференциальный компаратор и усилитель 11.Недостатком устройства является низкая точность установки заданного уровня выходного напряжения в широком диапазоне частот из-за частотной погрешности дифференциального компаратора, с помощью которого происходит сравнение значения выходного напряжения калибратора с опорным напряжением, в качестве которого используется напряжение постоянного тока. При этом погрешность калибровки выходного напряжения в диапазоне частот до единиц гигагерц может достигать десятков процентов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является калибратор переменного напряжения, содержащий задающий генератор, к выходу которого подключен регулирующий элемент, стробоскопический преобразователь, выходом подключенный к входу первого усилителя, последовательно соединенные источник опорного напряжения, компаратор и второй усилитель, а также клемму для подключения нагрузки ь 2 3. В известном устройстве стробоскопический преобразователь выполнен в виде стробоскопического смесителя, вход стробирования которого подключен к выходу формирователя стробирующих импульсов, а выход соединен с усилителем.Известное устройство обеспечивает получение переменного напряжения, калиброванного по амплитудному значению в широком диапазоне частот, Однако при необходимости получения переменного напряжения различной формы и калиброванного с высокой точностью по среднему либо действующему значению известное устройство использовано быть не может, так как при постоянстве амплитудного значения выходного напряжения калибратора Калибратор переменного напряжения содержит последовательно соездиненные задающий генератор 1, регулирующий элемент 2, сумматор 3, усилитель 4 мощности и клемму 5 для подключения нагрузки 6, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь 7, первый усилитель 8, дифференциальный компаратор 9, другой вход которого подключен к выходу источника 10 опорного напряжения, второй усилитель 11, первый ключ 12 и запоминающий узел 13, выходом подключенный к управляющему входу регулирующего элемента 2, а также второй ключ 14, включенный между выходом первого усилителя 8 и другим входом сумматора 3, блок 15 управления, выходами подключенный к управляющим входам первого 12 и второго 14 ключей.Блок управления (фиг.2) содержит генератор 16 тактовых импульсов, счетчик 17 импульсов, дешифраторы 18-20, триггеры 21 и 22.При работе калибратора в составе автоматических систем измерения и контроля Функции блока управления может выполнять мини-ЭВМ,Стробоскопический преобразователь 7 выполнен в виде стробоскопического смесителя, подключенного к усилителю-расширителю со схемой обратной связи по постоянному и переменному току, а также к формирователю стробирующих импульсов с системой фазовой автоподстройки частоты следования стробирующих импульсов. Компаратор 9 конструктивно представляет собой, например, преобразователь амплитудного, среднего либо действующего значения переменного напряжения в постоянное, выходом подключенный к одному из входов схемы сравнения, на другой вход которой поступает опорный сигнал в виде напряжения постоянного тока. Выходным сигналом преобразователя переменного напряжения в постоянное является переменное напряжение низкой фиксированной частоты (например, 20 кГц).Калибратор переменного напряже- ния работает следующим образом.Периодически через определенное время непрерывной работы происходит коррекция уровня выходного напряжения калибратора. По команде1094025 5 10 15 20 25 30 35 40 455055 с блока 15 управления замыкаются ключи 12 и 14. В первом режиме работы калибратора (цикле коррекции) высокочастотное напряжение, поступающее на первый вход сумматора 3 с задающего генератора 1 через ре" гулирующий элемент 2, суммируется с напряжением низкой фиксированной промежуточной частоты, поступающим на второй вход сумматора 3 с выхода усилителя 8 через ключ 14. Суммарный сигнал через усилитель 4 мощности поступает на выход калибратора, к которому подключена нагрузка 6. Сигнал низкой фиксированной частоты передается на нагрузку 6 с выхода усилителя 8 практически без искажений.Сформированный на выходе калибратора суммарный сигнал, равный сумме напряжения высокой частоты П и напряжения низкой Фиксированной частоты У поступает наРвход стробоскопического преобразо" . вателя 7. В стробоскопическом преобразователе 7 при помощи системы фаэовой автоподстройки частоты формируются стробирующие импульсы, засинхрониэированные с высокочастотным сигналом. Строб-импульсами в смесителе преобразователя 7 происходит стробирование сформированного на выходе калибратора раэностного сигнала некомпенсации, образованного разностью мгновенных значений высокочастотного напряжения Увц и компенсирующего напряжения 11 П промежуточной частоты в моменты времени действия строб-импульсов. При этом на выходе стробоскопического преобразователя 7 формируется разностное напряжение не- компенсации промежуточной низкой Фиксированной частоты (например, 20 кГц), намного меньшей, чем частота выходного сигнала задающего генератора 1. Это напряжение усиливается усилителем 8,.инвертируется и через ключ 14 поступает на второйвход сумматора 3.При достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 8 на выходе калибратора в моменты времени действия строб-импульсов происходит компенсация значений высокочастотного сигнала Узначениями сформированного напряжения промежуточной частоты ПР (разностное напряжение109 ч 025 45 50 51некомпенсации стремится к нулю). Таким образом, стробоскопический преобразователь 7 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению низкой фиксированной промежуточной частоты.Сущность действия отрицательной обратной связи по напряжению промежуточной частоты поясняется временными диаграммами (фиг.З). Для примера взят случай, когдавыходное высокочастотное напряжение калибратора имеет синусоидаль" ную форму. На фиг,За показано высокочастотное напряжение Б , сформированное на выходе калйбратора, пунктирной линией выделена огибающая промежуточной частоты значений напряжения П ц в моменты времени действиЯ стРоб-импУльсов (фиг,Зб), засинхронизированных с высокочастотным сигналом Б.На фиг.Зв показано сформированное компенсирующее напряжение промежуточной частоты Бп которое сдвинуто по фазе относйтельно огибающей значений напряжения Бвч в моменты времени стробирования и отлично от нее по амплитуде. Компенсирующее напряжение Бь снимается с выхода усилителя 8 и практически без искажений передается на выход калибратора с подключенной нагрузкой б. На фиг,Зг показана сумма компенсирующего напряжения промежуточной частоты 0и высокочастотного напряжения П ц на выходе калибратора. Этот суммарный сигнал поступает на вход стробоскопического преобразователя 7. Строб-импульсами (фиг.Зб) стробируется разностный сигнал не- компенсации (фиг.Зг); образованный разностью мгновенных значений высокочастотного напряжения Ув(фиг,За) и компенсирующего напряжения Пр (фиг.Зв) промежуточной частоты,При этом на выходе стробоскопического преобразователя 7 формируется разностное напряжение некомпенсации адан (фиг.Зд) промежуточной частоты, Из напряжения некомпенсации ДБ, при его усилении и инвертировании формируется компенсирующее напряжение Пп , которое суммируется с высокочастотным напряжением У, В результате при достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 8 напряжение Бр изменится таким об 5 10 15 20 25 30 35 40 разом, что в моменты времени стробирования на выходе калибратора произойдет компенсация значений высокочастотного сигнала У(фиг.За) значениями сформированного компенсирующего напряжения У промежуточпрной частоты, При этом разностное напряжение некомпенсации лБн (фиг.Зд) стремится к нулю. В результате компенсирующее напряжение Уя будет равно проинвертированному напряжению сгибающей высокочастотного напряжения Пт.е. будет равно по амплитуде напряжению Пч и полностью повторять его по форме, но в трансформированном (растянутом) масштабе времени.Охват стробоскопического преобразователя 7 отрицательной обратной связью по промежуточной частоте позволяет уменьшить погрешность преобразования от нестабильности коэффициента его передачи.Сигнал с выхода усилителя 8 поступает на первый вход компаратора 9 (амплитудных, средних либо действующих значений), сравнивается с опорным напряжением постоянного тока,поступающим на второй вход компаратора 9 с источника 10. Разностный сигнал с выхода компаратора 9, усиленный усилителем 11 через ключ 12 и запоминающий узел 13, воздействует на управляющий вход регулирующего элемента 2, В результате выходное высокочастотное напряжение калибратора изменяется до тех пор, пока не станет равно опорному напряжению (по амплитудному, среднему либо действующему значению),Равенство устанавливается с высокой точностью, определяемой статизмом замкнутой системы авторегулирования.Таким образом, происходит коррекция уровня выходного напряжения калибратора при подключенной нагрузке. При этом может задаваться как амплитудное, так и среднее либо действующее значение выходного напряжения калибратора, которое можетиметь различную форму. Режим коррекции длится 0,1 - 1 с, Затем по команде с блока управления происходит переключение калибратора во второй режим работы.Сначала размыкается ключ 12, Этим устраняется прохождение на вход запо1094025 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 минающего узла 13 напряжения переходного процесса, возникающего при размыканни ключа 14. Запоминающий узел 13 запоминает значение напряжения, поступающего на управляющий вход регулирующего элемента 2. При этом значение выходного высокочастотного напряжения калибратора, установленное в режиме коррекции, поддерживается постоянным. Затем размыкается ключ 14. В результате цепь обратной связи по промежуточной частоте размыкается и из выходного напряжения калибратора исключается составляющая промежуточной частоты. Второй режим работы калибратора длится 5-10 с. В течение этого времени выходное напряжение калибратора не успевает измениться, а сам калибратор может быть использован в качестве образцового источника переменного напряжения.При работе калибратора в составе автоматических систем измерения и контроля от калибратора не требуется непрерывной работы, Переключение калибратора во второй режим может быть засинхронизировано с проведением различных контрольноизмерительных операций, В паузах между ними может происходить коррекция значения выходного надряжения калибратора.Если работа системы и калибратора в составе системы засинхронизированы, то цикличность работы калибратора не повлияет на быстродействие системы в целом, Автоматическая коррекция уровня выходного напряжения калибратора может быть запрограммирована с любыми переключениями в схеме калибратора (например, при переходе с одного калиброванного уровня выходного напряжения на другой, при переключении частоты выходного сигнала, при изменении сопротивления нагрузки при переходе с одного контролируемого объекта на другой).Блок 15 управления (фиг.2) работает следующим образом. На счетчик 17 импульсов поступают тактовые импульсы частоты 1 от генератора 16 тактовых импульсов. В мо мент перехода кода счетчика в нулевое состояние формируется выходной сигнал децпфратора 20, который подается на входы установки в состояние "1" триггеров 21 и 22, При этом сигналами с выходов триггеров 21 и 22 замыкаются ключи 12 и 14, При переходе счетчика 17 в состояние Н = Г1 К а где Т - длительность цикла коррекции, формируется выходной сигнал дешифратора 18, устанавливающий в состояние "0" триггер 21, При этом размыкается ключ 12. С некоторой задержкой на время срабатывания ключа 12 при установке следующего состояния кода счетчика 17 дешифратор 19 устанавливает11 1в 0 триггер 22. При этом размыкается ключ 14. При любых переключениях в схеме калибратора счетчик 17 устанавливается в нулевое состояние. После чего начинается цикл коррекцииВведение новых блоков и узлов с соответствующими связями значительно расширяет функциональные возможности устройства, которое может бытьиспользовано для получения переменного напряжения различной формы,калиброванного как по амплитудному,так и по среднему либо действующемузначению в широком диапазоне частотвплоть до единиц гигагерц. Погрешность установки заданного значения выходного напряжения калибрато-ра при этом может составлять 2-3%,Предлагаемое схемное решение позволяет охватить стробоскопический преобразователь в составе калибратора переменного напряжения отрицательной обратной связью по напряжению низкой фиксированной промежуточной частоты. Причем само уравновешивание высокочастотного сигнала напряжения обратной связи происходит непосредственно на входе стробоскопического преобразователя, который подключен к выходу калибратора, т.е. калибровка высокочастотного напряжения осуществляется непосредственно на входе стробоскопического преобразователя. При этом исключается влияние на точность установки заданного уровня выходного напряжения калибратора погрешности передачи высокочастотного сигналасумматором, с помощью которого осуществляется введение обратной связи по напряжению промежуточной частоты (а также усилителя). Если выходной сигнал калибратора снимать до сумматора (т.е. с выхода регулирующего элемента), то частотная1094025погрешность сумматора полностьввойдет в погрешность установкиуровня выходного напряжения калнб 10ратора, которая при этом существенно возрастает и может достигать 7-103.1094025 Составитель С. ЧернышеваТехред М,Надь Корректор О. Тигор актор Л. Шандо Тираж 342 Подписно НИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 35, Москва, Ж, Раушская наб., д.