Калибратор напряжения переменного тока

(71) Киевский орденический институтОктябрьской социалции53) 621.316 722.1(56) 1, АвторскоеЮ 792235, кл. С 052. Авторское свМф 612218, кл. С 05 юл. " 37 Ю,В,Демцен а Ленина политехм.50-летия Велико стическои рево видетельство СССРР 1/М, 1978,детельство СССРР 1/ф 0, 1977. ПЕРЕ нны агра ающий етекод- либраключа ого льюеныий ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(5")(57) КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ МЕННОГО ТОКА, содержащий вклюце последовательно источник опорно пряжения, первый ключ, пеовый и тор и первый аналоговый запомин блок, а также последовательно в ченные второй ключ и линейный д тор и узел управления, входом п ключенный к входу управления ка тора, входу управления первого и одному из входов первого анал вого запоминающего блока, о т л ч а ю щ и й с я тем, что, с це повышения точности, в него введ включенные последовательно трет ключ, второи интегратор, второи аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход - с выходным выводом калибратора и входом линейного детектора, а управляющий вход под" ключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логи- а ческий блок управления подключен входом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла управления, первым. выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того, узел управления подключен соответствующими выходами к управляющим входам третьего и пятого ключей и к управляющему вхо" ду второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен с входом первого интегратора.10467Изобретение относится к электротехнике, в частности к калибраторамнапряжения,и может быть использованопри построении инФормационно-измерительных. систем. 5Известен калибратор напряжения,содержащий задающий генератор, регулируемый усилитель, два детектора,переключаемый аттенюатор, источникопорного напряжения, а также узелсравнения "..Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является калибратор напряжения переменного тока,содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегратор и первыйаналоговый запоминающий блок, а также последовательно включенные второйключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входууправления калибратора, входу управления первого ключа, и одному из входов первого аналогового запоминающегоблока2.25Однако известные устройства характеризуются недостаточно высокой точностью.Цель изобретения - повышение точности калибратора напряжения переменного тока,Поставленная цель достигается тем, что в калибратор напряжения переменного тока, содержащий включенные последовательно источник опорного напряжения, первый ключ, первый интегратор и первый аналоговый запоминающий блок, а также последовательно вклюценные второй ключ и линейный детектор и узел управления, входом подключенный к входу управления калибратора, входу управления первого ключа и одному из входов первого аналогового запоминающего блока, введены включенные последовательно третий ключ, второй интегратор, второй аналоговый запоминающий блок, инвертор, переключатель и четвертый ключ, а также пятый ключ, регулирующий элемент и логический блок управления, причем50 второй вход переключателя соединен с входом инвертора, куда также подключен вход пятого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, вход регулирующего элемента соединен с входным выводом калибратора, выход - с выходным выводом калибратора и-входом линейного детектора, а управляющий вход подключен к выходу первого аналогового запоминающего блока, при этом логический блок управления подключен входом к входному выводу калибратора, управляющим входом к выходу узла управления, первым выходом к управляющему входу переключателя, вторым и третьим выходами к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно, кроме того узел управления подключен соответствующими выходами к управляющим входам третьего и пятого ключей и к управляющему входу второго аналогового запоминающего блока, а выход второго ключа соединен с вхором первого интегратора.1На Фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого калибратора; на Фиг.2 и 3 - временные диаграммы интервалов Формирующихся импульсов; на Фиг. - структурная схема узла управления; на фиг.5 - структурная схема логического блока управления.Калибратор напряжения переменного тока содержит включенные последовательно источник 1 опорного напряжения, первый ключ 2, интегратор 3, аналоговый запоминающий блок 1, а также последовательно включенные второй ключ 5 и линейный детектор 6, узел 7 управления, подключенный к входу управления калибратора, первому ключу 2 и аналоговому запоминающему блоку 1, последовательно включенные третий ключ 8, второй интегратор 9, второй аналоговый запоминающий блок 10, инвертор 11, пеоеключатель 12, второй, вхсд которого подключен к эходу инвертора, и четвертый ключ 13, выход которого подключен к входу первого интегратора 3, а также пятый ключ .11, подключенный к второму интегратору 9 и второму аналоговому запоминающему блоку 10, регулирующий элемент 15, на вход которого подается нестабилизированное переменное напряжение с входного калибратора, выход является выходным выводом кэлибратора напряжения и входом линейного детектора 6, а управляющий вход подключен к первому аналоговому запоминающему блоку 1, логический блок 6 управления, подключенный к узлу 7 управления, переключателю 12 и второму 5 и четвертому 3 ключам, на вход которого подается входное переменное напряжение, причем узел 7 управления подключен к третьему 8 и пятому 1 ч ключам и второму аналогов последовательность временных интервалов Т , Т , Т , управляющихсоответственно ключами 2, 8 и 14 ианалоговыми запоминающими блоками 4и 10, Импульсы Т являются для аналоговых запоминающих блоков 4 и 10импульсами выборки, по приходу которых происходит запоминание выходныхнапряжений интеграторов 3 и 9 соответственно,Положение переключателя 12 зависит от соотношения между периодомпеременного напряжения То и длительностью интервала Времени Т 2 Нижнее положение переключателя 12. соотВетствУет Условию То с Т ( 2 Т. Илядругих значений периода стабилиэируемого переменного напряжения пере-ключатель 12 находится в верхнем положении и включает в цепь инвертор 11.Логический блок 16 управленияформирует импульс - запуска Т 6 дляузла 7 управления и временные интервалы Т и Т 5 для управления соответственно ключами 5 и 13, а такжеопределяет положение переключателя 12,При этом (Фиг.2 и 3) для верхнегоположения переключателя 12 должнывыполняться логические условият= т чт; . (1)т = т т т ; (2)Т 6 ТТ 2,Т . Т Т 5 фа для нижйего положенйя переключателя 12Т - Т Т (1)Т 5 = 2 То Тэ (2)т = ТТ 2 Тз ТТ 5, (3)Начало Т ,синхронизируется с началом периода переменного напряжения, При этом в первом случае (фиг.2)Т дополняется до конца ближайшегопериода переменного напряженият, = (и+1)Т (4)Во втором случае (фиг.3) Т 2 формируется равным наибольшему колйчествуцелых периодов, входящих в Т 2тп = пто (4Калибратор работает циклично. Циклызадаются импульсами Т 6, синхронизирующими работу узла 7 управления.В каждом цикле оба интегратора 3 и 9в течение ;,".мени Т интегрируют на"пряженис источника 1 опорного напряжения, В течение времени Т 2 на Входвторого интегратора 9 подается сигналобратной связи с выхода втооого аналогового запоминающего блока 10, Поприходу импульса Т происходит выбор"ка и запоминание выходных сигналов 3 1046745 4вому запоминающему блоку 10, а второй ключ 5 подключен к первому интегратору 3В простейшем случае .узел 7 управ,ления (фиг.4 ) преобразует входной кодв последовательность интервалов Т.1,Т и ТЗ. Узел содержит генератор 17тактовых импульсов, счетчик 18 импульсов, подключенный к генератору 17схему 19 сравнения кодов, два триггера 20 и 21, одновибратор 22 и логическую схему И 23На счетном триггере20 формируется интервал времени Т.,длительность которого задается емкостью счетчика 18 импульсов и частотой генератора 17 тактовых импульсов.Интервал времени Т 2 Формируется логической схемой И 23 после окончания интервала Т,причем задний фронтимпульса Т Формируется по приходусигнала со схемы 19 сравнения кодов.Импульс выборки ТФормируется одновибратором по заднему Фронту импульса Т.,Логический блок 16 также можетбыть выполнен достаточно просто. Схема блока, реализующая систему уравнений для верхнего положения переключателя 12, приведена на Фиг.5. Входными сигналами являются импульсы Т,Т 2 и Т, сформированные устройством 7управления, и входное переменное напряжение О,которое поступает навход формирователя 24, Формирующегоимпульсы с периодом переменного напряжения. Передний Фронт импульса ТФормируется триггером 25 по переднемч фронту Т 2, заднии фронт - по окончанию текущего периода переменногонапряжения. Условие Формирования импульса Т реализуется на схеме ИЛИНЕ 26 и триггере 27. Импульс запуска узла управления Формируется с помощью одновибратора 28 по окончаниювсех импульсов Т, Т 2, Т, Ти Т ,момент которых .определяется логической схемой,ИЛИ-НГ 29,Все остальные блоки предлагаемогокалибратора могут быть реализованыпо любой известной схеме, Регулирующий элемент 15 представляет собоймасштабный преобразователь, коэфФициент передачи которого зависит отпостоянного напряжения на его управ.ляющем входе. Регулирующий элементдолжен иметь монотонную непрерывную 55характеристику.Узел 7 управления преобразуетвходной сигнал, в данном случае код,10467 интеграторов обоими аналоговыми запоминающими блоками 4 и 1 О. В течение времени Т., равном целому числу перио. дов переменного напряжения на вход первого интегратора подается сигнал обратной связи с выходалинейного, детектора 6.Благодаря. применению логического блока 16 в цепи обратной связи выполняется условие полуцения средне выпрямленного значения переменного ,напряжения Т То. Но т, отличается от управляющего сигнала Т , и Фактйцески выходное напряжение определя" ется выражением 15Богат 1вых сР Т 4О Топ 1,Рмвсто вык ср Т Т Т-ТЙО :о т --- :иЬЬхсР оп 1 Т Т опТ Г4 2 2 4(У).Для компенсации аддитивной по 25грешности (5) на входе интегратора 3необходимо сформировать импульс амп"литудой О в , и длительностьюТОп2 ЗОт .= 1 Т- т, (6)причем полярность импульса зависит отположения переключателя 12, При этомвольт-секундная площадь корректирующего импульса усредняется за тот жепромежуток времени ТФормирователь корректирующих импульсов состоит из Формирователякорректирующего напряжения (О,ОВЬ: = 13 п т /Т ), собранного поик сРсхеме времяделительного потенциоиетра на блоках 1, 8, 9, 10 и 13 причеминвертор 11 включен из-эа того, чтонапряжение на выходе аналогового запоминающего блока имеет знак, проти 6воположный Идп. Ключ 13 открыт в течение времени Т 5,В установившемся режиме в схеме достигается равенство вольт-секундных площадей опорных и корректирующих импульсов и выпрямленного выходного переменного, напряжения, что соот)ветствует идеальному случаю.Предлагаемое техническое решение позволяет формировать Т и Т 2 независимо от частоты переменного напряжения, причем устройство особенно эффективно работает на низких и инФраниэких частотах. Нижняя граница рабочих частот определяется в основном токами утечки интегратора 3 и может достигать при использовании операционного усилителя типа 140 УД 8 (1= 10 нА) 10 4 Гц. Погрешность от входного тока при этом составитВХ ОЮЭ, у"Й 0,01 О/о,вх интВведенные блоки позволяют поддерживать сходимость итерационного процесса оптимальной в широком диапазоне частот.таким образом, введение в состав калибратора напряжения третьего ключа, второго интегратора, второго аналогового запоминающего блока, инвертора, переключателя, четвертого клю ца, регулирующего элемента и логической схемы управления, а также соответствующих связей позволяет повысить точность устройства, упростить узел управления и расширить рабочий диапазон,частоты. В результате значительно расширяется область применения калибратора, вследствие чего отпадает необходимость в разработке других калибраторов переменного напряженная и применении в устройстве более качественных элементов с большим динамическим диапазоном.1046745 Чернышевалева Корректор О,Би оставитель ехредИ. М Редактор А,Огар 874 ПЬдписнонного комитета СССРтений и открытийРаушская наб д. 4/5 Закаэ 7730 Тира Государст елам иэоб осква, Ж ВНИ 113035 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,