Кодокерована міра комплексних провідностей

Реферат: Кодокерована міра комплексних провідностей належить до електровимірювальної техніки і може бути використана для побудови зразкових кодокерованих мір провідності резистивного, індуктивного та ємнісного характеру, що застосовуються для автоматизованої повірки вимірювачів RLC-параметрів кіл змінного струму. Згідно із запропонованим засобом додатково введені третя додаткова міра імпедансу, третій кодокерований подільник напруги та три додаткові повторювані напруги, входи кожного з яких сполучені з відповідними виходами трьох кодокерованих подільників напруги, а виходи цих повторювачів напруги під'єднані до відповідних других виводів обох основних і третьої додаткової мір імпедансу, а перші виводи усіх трьох мір імпедансу сполучені з другою вхідною клемою міри, до якої також під'єднаний неінвертувальний вхід операційного підсилювача, який включений як повторювач напруги, вихід якого сполучений із входами обох основних та третього додаткового кодокерованих подільників напруги, інформаційні входи яких є входами керування кодокерованої міри провідностей. Запропонований засіб дозволяє підвищити точність відтворення комплексних провідностей та розширити функціональні можливості завдяки зменшенню впливу операційних підсилювачів шляхом використання їх як буферних елементів із 100 % зворотним зв'язком, дозволяє уникненню можливості самозбудження кодокерованої міри у всьому діапазоні відтворюваних значень, дозволяє одночасне взаємонезалежне відтворення комплексних провідностей активного, ємнісного та індуктивного характерів. UA 109387 C2 (12) UA 109387 C2 UA 109387 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електровимірювальної техніки і може бути використаний для побудови зразкових кодокерованих мір провідності резистивного, індуктивного та ємнісного характеру, що застосовуються для автоматизованої повірки вимірювачів RLC-параметрів кіл змінного струму. Відома кодокерована міра комплексних провідностей (авторське свідоцтво СРСР № 807485 "Імітатор реактивності", Н03Н 11/48; Бюл. 7, 1981), яка містить два операційних підсилювачі, три зразкові міри імпедансу, резистивний подільник та два масштабувальні резистори. Однак, відома кодокерована міра комплексних провідностей призначена для відтворення тільки одного виду реактивних провідностей (ємнісної або індуктивної) і має великі похибки кодокерованого відтворення через вплив залишкових параметрів ключів кодокерованих магазинів опору і методичні похибки, зумовлені струмами, які протікають через два зразкові резистори, під'єднані до високопотенціальної клеми імітатора. Окрім того, під час відтворення ємнісних або індуктивних провідностей необхідно використовувати кодокеровані магазини опору або провідності, що включаються в різні кола кодокерованої міри, що ускладнює її реалізацію. Під час відтворення ємнісної провідності можлива втрата працездатності через заряджання зразкової ємнісної міри імпедансу напругою зміщення та вхідним струмом операційного підсилювача. Під час відтворення індуктивної провідності можлива втрата стійкості структури кодокерованої міри через використання схеми активного диференціатора. У відомій кодокерованій мірі комплексних провідностей (авторське свідоцтво СРСР № 1218451 "Імітатор магазина комплексних провідностей", Н03Н 11/00; Бюл. 10, 1986) розширені функціональні можливості завдяки використанню окремих кодокерованих магазинів опору, з допомогою яких одночасно відтворюється активна та реактивна (або ємнісна, чи індуктивна) провідність. Однак імітатору магазину комплексних провідностей властива низька точність за рахунок впливу залишкових параметрів ключів кодокерованих магазинів та інструментальних похибок, зумовлених великою кількістю зразкових мір, масштабувальних елементів та операційних підсилювачів. Найближчим за технічною суттю є кодокерована міра комплексних провідностей (авторське свідоцтво СРСР № 959265 "Імітатор комплексних провідностей", Н03Н 11/00; Бюл. 34, 1982), яка містить операційний підсилювач, дві зразкові міри імпедансу, дві вхідні клеми та два кодокеровані подільники напруги, спільні виводи яких підключені до першої вхідної клеми імітатора, а входи сполучені між собою, причому перші виводи обох зразкових мір імпедансу з'єднані між собою. Однак цій кодокерованій мірі комплексних провідностей властива низька точність, зумовлена впливом параметрів операційного підсилювача та вхідними і вихідними імпедансами кодокерованих подільників напруги. Під час відтворення провідностей ємнісного характеру можлива втрата стійкості імітатора через використання схеми активного диференціатора. В основу винаходу поставлена задача зменшити вплив вхідних і вихідних імпедансів кодокерованих подільників напруги завдяки високому вхідному та низькому вихідному опорам використаних неінвертувальних перетворювачів напруги (буферних елементів). Окрім того, завдяки використанню мінімальної кількості (трьох) однозначних мір імпедансу підвищувалась би точність відтворюваних кодокерованих значень комплексної провідності, при цьому відтворення провідностей активного ємнісного та індуктивного характеру були б взаємонезалежним. Поставлена задача вирішується тим, що в кодокеровану міру комплексних провідностей, яка містить операційний підсилювач, дві зразкові міри імпедансу, дві вхідні клеми та два кодокеровані подільники напруги, спільні виводи яких підключені до першої вхідної клеми кодокерованої міри комплексних провідностей, а входи сполучені між собою, причому перші виводи обох зразкових мір імпедансу з'єднані між собою, згідно з винаходом, додатково введені третя додаткова міра імпедансу, третій кодокерований подільник напруги та три додаткові повторювачі напруги, входи кожного з яких сполучені з відповідними виходами обох основних кодокерованих подільників напруги та виходом третього додаткового кодокерованого подільника напруги, а виходи цих повторювачів напруги під'єднані до відповідних других виводів обох основних і третьої додаткової мір імпедансу, а перші виводи усіх трьох мір імпедансу сполучені з другою вхідною клемою міри, до якої також під'єднаний неінвертувальний вхід операційного підсилювача, який включений як повторювач напруги, вихід якого сполучений із входами обох основних та третього додаткового кодокерованих подільників напруги, інформаційні входи яких є входами керування кодокерованої міри провідностей. Це дає змогу підвищити точність відтворення комплексних провідностей та розширити функціональні можливості завдяки введенню нових конструктивних елементів та зв'язків, що забезпечує зменшення впливу операційних підсилювачів завдяки використанню їх як буферних 1 UA 109387 C2 5 10 15 20 25 30 35 елементів із 100 % зворотним зв'язком, що одночасно зменшує вплив вхідних та вихідних опорів кодокерованих подільників напруги і за рахунок цього підвищує точність відтворення, розширює частотну смугу, забезпечує уникнення можливості самозбудження кодокерованої міри у всьому діапазоні відтворюваних значень. Окрім цього, забезпечує можливість одночасного взаємонезалежного та кодокерованого відтворення комплексних провідностей активного, ємнісного та індуктивного характерів. На фіг. 1 подана блок-схема кодокерованої міри комплексних провідностей, де 1, 2 - вхідні клеми імітатора; 3, 4 - перша і друга зразкові основні і 5 зразкова додаткова однозначні міри імпедансу; 6 основний та 7, 8, 9, відповідно, перший, другий і третій додатковий повторювачі напруги; 10, 11 - перший і другий основні і 12 додатковий кодокеровані подільники напруги; U i напруга від зовнішнього джерела; Ii - струм в нерозгалуженій частині кола; І3, І4, І5 - струми, що протікають відповідно через зразкові міри імпедансу 3, 4 та 5; μ 1 μ2, μ3 - коди керування від зовнішнього джерела, що подаються на входи 10, 11 - першого і другого основних і 12 додаткового кодокерованих подільників напруги. Перші виводи зразкових мір імпедансу 3, 4, 5 та вхід основного повторювача напруги 6 підключені до вхідної клеми 2 кодокерованої міри комплексних провідностей, другий вивід зразкової міри 3 під'єднаний до виходу третього додаткового повторювача напруги 9, другий вивід зразкової міри 4 - до виходу другого додаткового повторювача напруги 8, а другий вивід третьої зразкової міри 5 - до виходу першого додаткового повторювача напруги 7. Вихід основного повторювача напруги 6 сполучений з інформаційними входами першого 10, другого 11 основних та третього 12 додаткового кодокерованих подільників напруги, входи керування яких під'єднані до входів керування кодокерованої міри комплексних провідностей, а їх спільні виводи сполучені з першою клемою 1 кодокерованої міри комплексних провідностей. Кодокерована міра комплексних провідностей працює таким чином: до вхідних клем 1, 2 від зовнішнього джерела подають напругу Ui, яка спричиняє протікання струмів І3, І4 та І5 відповідно через зразкові міри 3, 4 та 5 і виходи першого 7, другого 8 та третього 9 додаткових повторювачів напруги. Завдяки високому вхідному опору повторювача напруги 6, його вхідним струмом, що протікає від клеми 2, можна знехтувати порівняно зі значеннями струмів І 3, І4 та І5. За допомогою повторювача напруги 6 вхідна напруга U i імітатора повторюється на його виході та прикладається одночасно до інформаційних входів обох основних 10 та 11 і додаткового 12 кодокерованих подільників, на входи керування яких подаються коди керування μ 1, μ2 та μ3 від зовнішнього джерела. Вихідні напруги кодокерованих подільників 10, 11 та 12 повторюються на виходах додаткових повторювачів 7, 8 та 9, тим самим спричиняючи відповідні зміни струмів І 3, І4 та І5. Значення струмів І3, І4 та І5 можна визначити із співвідношень: Ui  Ui , Z3 (1) U  U8 , I4  i Z4 (2) U  U7 , I5  i Z5 (3) I3  40 де U7  1  Ui , U8   2  Ui , U9  3  Ui - вихідні напруги першого 7, другого 8 та третього 9 додаткових повторювачів напруги. Тоді значення струмів подаються як I3  Ui  1  3   G3 , I4  Ui  1  2   G4 , I5  Ui  1  1  G5 , (4) (5) (5) де G 3  1 , G 4  1 , G 5  1 - провідності однозначних мір імпедансу 3, 4, 5. Z3 Z4 Z5 Вхідна провідність G i кодокерованого імітатора провідності визначається із співвідношення 45 2 UA 109387 C2 Gi  I I I Ii  3 4 5  1  1   G5  1   2   G4  1   3   G3 , Ui Ui (5) де Ii  I3  I4  I5 - вхідний струм кодокерованого імітатора провідності. 1 1 a G3  jC , то кодокерований імітатор  G , G4  R jL відтворюватиме резистивно-ємнісно-індуктивну провідність 1  2 1 1 та  3  1, то GiRLC  1  3   G   1  1   jC . Якщо, наприклад, G 4   G , G3  R jL jL кодокерований імітатор відтворюватиме індуктивно-резистивну провідність 1  1 . GiRL  1   2   G  jL Кодокерована міра комплексних провідностей дає змогу окремо і взаємно незалежно керувати відтворенням кожної зокрема зі складових комплексної провідності - активної, ємнісної та індуктивної. Похибки відтворення складових провідності визначаються практично тільки похибками однозначних мір опору, ємності та індуктивності і кодокерованих подільників напруги. Завдяки великим значенням коефіцієнтів передавання сучасних операційних підсилювачів похибка від етатизму може бути зведена до значень тисячних відсотка, що є значно меншим від похибок однозначних мір імпедансу (типові значення соті-десяті частки відсотка) в широкому частотному діапазоні (до декількох десятків мегагерц). Структура запропонованої кодокерованої міри комплексних провідностей є потенційно стійкою у всьому частотному діапазоні та при всіх відтворюваних значеннях провідності. Якщо, наприклад, 5 10 15 G3  ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 Кодокерована міра комплексних провідностей, яка містить операційний підсилювач, який включений як основний повторювач напруги, дві зразкові міри імпедансу, дві вхідні клеми імітатора та два кодокеровані подільники напруги, перші виводи яких підключені до першої вхідної клеми імітатора, причому перші виводи обох зразкових мір імпедансу з'єднані між собою, яка відрізняється тим, що додатково введені третя додаткова міра імпедансу, третій кодокерований подільник напруги та три додаткові повторювачі напруги, входи кожного з яких сполучені з відповідними виходами обох основних кодокерованих подільників напруги та виходом третього додаткового кодокерованого подільника напруги, а виходи цих повторювачів напруги під'єднані до відповідних других виводів обох основних і третьої додаткової мір імпедансу, а перші виводи усіх трьох мір імпедансу сполучені з другою вхідною клемою міри імпендансу, до якої також під'єднаний неінвертувальний вхід основного підсилювача напруги, вихід якого сполучений із входами обох основних та третього додаткового кодокерованих подільників напруги, інформаційні входи яких є входами керування кодокерованої міри провідностей. 3 UA 109387 C2 Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4