SU1580268A1 - Линейный преобразователь действующего значени напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании аналоговых и цифровых вольтметров переменного напр жени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности и чувствительности устройства при малых входных сигналов, имеющих посто нную составл ющую, за счет компенсации температурного временного дрейфа усилител  4 разбаланса. Преобразователь также содержит полевые транзисторы 1 и 2, входную клемму 3, фильтр 7 низких частот, выходную клемму 8, резисторы 5,6,10,12, инвертирующие усилители 9, 11 и 13 и интегратор 14. 1 ил.

Description

Изобретение относится к электроизмерительной .технике и может быть использовано при создании аналоговых и цифровых вольтметров переменного напряжения, а также информационно-измерительных систем различного напряжения.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности устройства при малых входных сигналах, . имеющих постоянную составляющую за счет компенсации температурного временного дрейфа усилителя разбаланса.

На чертеже -представлена.принципиальная схема устройства.

Линейный преобразователь действующего значения напряжения содержит первый и второй полевые транзисторы 1 и 2, затворы которых соединены друг с другом, а сток второго полевого транзистора 2 соединен с входной клеммой 3 устройства, усилитель 4 разбаланса, включенный между истоком и затвором первого полевого транзисто- ; pa 1, первый и второй резисторы 5 и 6, первые выводы которых объединены и подключены к истоку первого полевого транзистора 1, фильтр 7 низких частот, выход которого соединен с выходной клеммой 8 устройства и стоком первого полевого транзистора 1 , первый инвертирующий усилитель 9 и третий резистор 10, включенные параллельно между истоком второго полевого транзистора 2 и входом фильтра 7 низких частот, второй . инвертирующий усилитель 11, вход которого подключен к стоку второго полевого транзистора 2, а выход через четвертый резистор 12 - к истоку второго, полевого транзистора 2, третий инвертирующий усилитель 13, входом подключенный к стоку первого полевого транзистора 1, а выходом - к второму выводу второго резистора 6, интегратор 14, вход и выход которого под- ‘ ключены к инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя 4 разбаланса соответственно, при этом второй вывод первого резистора 5 соеди- _i нен с входной клеммой 3 устройства.

Устройство работает следующим образом.

На инвертирующий вход усилителя 4 разбаланса через первый резистор 5 постугйет входное напряжение U_BX(t). На этот же вход усилителя 4 разба

1580268 4 ланса через второй резистор 6 подается постоянное напряжение U_Bb(X ^{с ВЬ1}“ хода фильтра 7 низких частот. Выходное напряжение усилителя 4 разбаланса вызывает модуляцию проводимости канала первого полевого транзистора 1. Одновременно при этом изменяется проводимость канала второго полевого транзистора 2.

Связь.величины модуляции проводимости канала первого полевого тран- ’ зистора 1 с величинами поступающих входного напряжения U_eif (t) и напряжения и_вь)Х фильтра 7 низких частот можно определить из следующего уравнения :

Кх (t)-ujG₅₊(U_Bblx-U _t)G,-(U_flWX + +u₄)g₆=o, .(1) где U, ^G ₅S’₆

- напряжение на инвертирующем входе усилителя 4 разбаланса;

- проводимости резисторов 5 и 6;

- проводимость канала первого полевого транзистора 1.

Связь между напряжениями U₄ и U₂, ко.торые приложены к инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя 4 разбаланса соответственно, а также напряжением смещения U_CM, обусловленного временным и.температурным дрейфом усилителя 4 разбаланса, можно определить из следующего соотношения;

^иг¥^исм· (2) , Передаточная характеристика интегратора определяется выражением:

(3) где Т - постоянная времени интегратора;

р - оператор Лапласа.

Тогда, подставляя значение U₄ из равенства (3) в формулу (2),получим, что напряжение на неинвертирующем входе усилителя 4 разбаланса будет описываться выражением:

г =_ (л Ί _1+рТ·

Уравнение (4) описывает напряжение U₂ на выходе- интегрирующего усилителя 4, которое приложено к неинвертирующему входу усилителя 4 разбаланса, в операторной форме. Если перейти от операторной формы к временной, то выражение (4) примет вид:

и_г=-и_см(1-^^т ).

U, (5) примет вид:

При t7’T уравнение (5) (6) следует, (7) и_г=-и_см.

Из уравнений (5) и (6) что выходное напряжение U₂ интегратора 14 будет равно напряжению смешения U_cmh иметь противоположный знак. Тогда, . подставляя значение напряжения U₂ . из формулы (6) в уравнение-(2), полу- jq чим:

U ц =и 2=—U_{c w} +U_CA, —0,

Таким образом, напряжение U, на инвертирующем входе усилителя 4 разбаланса будет равно нулю, независимо от значения напряжения смещения, .’обусловленного температурным и временным дрейфом нулевого уровня усилителя 4 разбаланса.

Следовательно, с учетом^изложенного уравнен1*4 (1) примет вид:

U_BX(t)G₅+U_BblxG_f-U_emG₆=0. (8)

Тогда проводимость канала первого полевого транзистора 1 будет тт -1 Г ti [ U^px(t) G 5- , <1?V

Из этого уравнения можно записать,

')ЧТО лучим :

Обозначив ^вых

(13) окончательно по(14)

Таким образом, выходное напряжение фильтра 7 низких частот и всего преобразователя в целом пропорционально действующему значению входного переменного напряжения и не зависит от величины напряжения U_CM смещения, которое обусловлено температурным и временным дрейфом нулевого уровня усилителя 4 разбаланса.

Claims (1)

1. Формула изобретения равна:

   ^{G<=Ge и}и;ых^2,С5· ⁽⁹⁾

   Так как на вход первого инвертирующего -усилителя 9 через канал второго полевого транзистора 2 и параллельно ему подключенный второй инвертирующий усилитель 11 с последовательно соединенным резистором 12 поступает также входное напряжение U_BX(t), то на выходе усилителя 9 будет напряжение 1Ц, величина которого определяется из следующего уравнения: v-u_BX(_t) ^²-, (ю) где С_г - проводимость канала второго полевого транзистора 2;

   0 to » ,

   G - проводимости резисторов 10 и 12.

   . Так как резисторы 6 и 12 выбираются равными по величине, а проводимости каналов полевых транзисторов, размещенных на одном кристалле, одинаковыми, т.е. Gi=G₂, то подставляя значение G_z из уравнения (2) в уравнение (3) получим:

   Линейный преобразователь действующего значения напряжения, содержащий первый и второй полевые транзисторы, усилитель разбаланса, инвертирующий вход которого- соединен с истоком, а выход - с затвором первого полевого транзистора, первый резистор, первый вывод которого соединен с входной клеммой и со стоком второго полевого транзистора, а^второй выход с инвертирующим входом усилителя разбаланса и с первым выводом второго резистора, фильтр низких частот,, 40 выход которого соединен с выходной клеммой устройства, первый инвертирующий усилитель и третий резистор, включенные параллельно между истоком второго полевого транзистора и вхо45 дом фильтра низких частот, а .также второй инвертирующий усилитель, выход которого подключен к второму выводу второго резистора, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьппе5Q ния точности и чувствительности, в не го введены интегратор, вход которого соединен с инвертирующим входом усилителя разбаланса, а выход - с неинверU бых ^G<o (11)

   После усреднения напряжения фильтром 7 низких частот за период Т получим:

   тирующим входом усилителя разбаланса,

   55 и третий инвертирующий усилитель, вход которого подключен к стоку второго полевого транзистора, а выход через четвертый резистор - к источнику второго полевого транзистора, при этом вход второго инвертирующего усилителя соединен со стоком первого полевого транзистора и с выходом фильт ра низких частот, а затворы первого и второго полевых транзисторов объединены.