Трипараметричний давач на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу

Реферат: Трипараметричний давач на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу містить польовий транзистор, три резистори, п'ять конденсаторів, одну котушку індуктивності, перший та другий первинні вимірювальні перетворювачі, дві загальні шини та шину живлення. Перший вивід першого резистора з'єднаний зі стоком польового транзистора, який прикріплений до першого виводу першого конденсатора. Другий вивід першого резистора з'єднаний з шиною живлення. Витік польового транзистора приєднано до першого виводу першої котушки індуктивності та першого виводу другого первинного вимірювального перетворювача. Трипараметричний давач містить другий польовий транзистор, третій первинний вимірювальний перетворювач, два джерела живлення. Як первинні вимірювальні перетворювачі використані індуктивний, ємнісний та резистивний первинні вимірювальні перетворювачі. Другий вивід другого вимірювального перетворювача з'єднаний з загальною шиною та другим виводом першої котушки індуктивності. Затвор першого польового транзистора з'єднаний з другим виводом другого конденсатора, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом першого первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першої загальної шини та додатної клеми першого джерела живлення, від'ємна клема якого прикріплена до другого виводу четвертого резистора, перший вивід якого з'єднаний з затвором першого польового транзистора. Стік другого польового транзистора з'єднано з другим виводом першого конденсатора та першим виводом другого резистора, другий вивід якого прикріплений до шини живлення. Затвор другого польового транзистора з'єднаний з першим виводом третього резистора та першим виводом третього первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першого виводу третього конденсатора, другий вивід якого прикріплений до другої загальної шини, другий вивід третього резистора приєднаний до від'ємної клеми другого джерела живлення. Додатна клема якого з'єднана з другою загальною шиною, Витік другого польового транзистора з'єднано з першим виводом четвертого та першим виводом п'ятого конденсатора. Другий вивід четвертого конденсатора прикріплений до другої загальної шини, а другий вивід п'ятого конденсатора з'єднаний з виходом схеми. UA 93519 U (12) UA 93519 U UA 93519 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до контрольно-вимірювальної техніки, в тому числі до перетворювачів неелектричних вимірювальних параметрів в електричні. Відома мостова вимірювальна схема, яка містить чотири резистори. Дана схема використовується в плечах моста двох фотоприймачів, які забезпечують двократне підвищення чутливості амплітуди вихідного сигналу до застосування інтенсивності світлового потоку (Ф) [Метрологічні основи негатроніки /Філинюк М.А., Гаврілов Д. В. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2008. - С 188]. Недоліком такої схеми є необхідність додатково підключити її до генератора електромагнітних коливань для перетворення зміни вихідної напруги Uв их в частоту коливань, що генеруються, що ускладнює схему. Найбільш близьким технічним рішення є двопараметричний індуктивно-резистивний генераторний датчик, що складається з транзисторної схеми, двох резисторів, конденсатора, індуктивного первинного вимірювального перетворювача імітансу, загальної шини та шини живлення, причому витік транзистора приєднаний до першого виводу першого резистора, другий вивід якого з'єднаний з шиною живлення, стік транзистора з'єднаний з першим виводом другого резистора, крім того, містить другу загальну шину, резистивний первинний вимірювальний перетворювач імітансу, чотири конденсатори та третій резистор, причому як транзисторна схема використаний польовий транзистор, затвор якого з'єднаний з першим виводом індуктивного первинного вимірювального перетворювача імітансу, другий вивід якого приєднаний до першого виводу третього резистора та першого виводу четвертого конденсатора, другий вивід якого прикріплений до другого виводу третього резистора, другого виводу резистивного первинного вимірювального перетворювача імітансу, першої загальної шини та другого виводу п'ятого конденсатора, перший вивід якого з'єднаний з другим виводом другого резистора, витік польового транзистора з'єднаний з першим виводом другого та першим виводом третього конденсаторів, другий вивід третього конденсатора приєднаний до другого виводу п'ятого конденсатора і першої загальної шини, витік польового транзистора через перший резистор приєднаний до першого виводу першого конденсатора, перший вивід якого приєднаний до шини живлення, другий вивід першого конденсатора прикріплений до другої загальної шини [Пат. 61183 Україна, МКП G01R 27/02, опубліковано 11.07.11, бюл. № 13]. Недоліком такого датчика є обмежені функціональні можливості. В основу корисної моделі поставлено задачу створення трипараметричного давача на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу, в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків відбувається трансформація імітансу першого та другого та третього первинних вимірювальних перетворювачів імітансу в індуктивний імітанс, що спрощує конструкцію та розширює функціональні можливості пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в трипараметричний давач на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу, що містить польовий транзистор, три резистори, п'ять конденсаторів, одну котушку індуктивності, перший та другий первинні вимірювальні перетворювачі, дві загальні шини та шину живлення, причому перший вивід першого резистора з'єднаний зі стоком польового транзистора, який прикріплений до першого виводу першого конденсатора, другий вивід першого резистора з'єднаний з шиною живлення, витік польового транзистора приєднано до першого виводу першої котушки індуктивності та першого виводу другого первинного вимірювального перетворювача, введено другий польовий транзистор, третій первинний вимірювальний перетворювач, а також два джерела живлення, причому як первинні вимірювальні перетворювачі використані індуктивний, ємнісний та резистивний первинні вимірювальні перетворювачі, другий вивід другого вимірювального перетворювача з'єднаний з загальною шиною та другим виводом першої котушки індуктивності, затвор першого польового транзистора з'єднаний з другим виводом другого конденсатора, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом першого первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першої загальної шини та додатної клеми першого джерела живлення, від'ємна клема якого прикріплена до другого виводу четвертого резистора, перший вивід якого з'єднаний з затвором першого польового транзистора, стік другого польового транзистора з'єднано з другим виводом першого конденсатора та першим виводом другого резистора, другий вивід якого прикріплений до шини живлення, затвор другого польового транзистора з'єднаний з першим виводом третього резистора та першим виводом третього первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першого виводу третього конденсатора, другий вивід якого прикріплений до другої загальної шини, другий вивід третього резистора приєднаний до від'ємної клеми другого джерела живлення, додатна клема якого з'єднана з другою загальною шиною, витік другого польового транзистора з'єднано з першим виводом четвертого та першим виводом п'ятого конденсатора, другий вивід четвертого конденсатора 1 UA 93519 U 5 10 15 20 25 30 35 прикріплений до другої загальної шини, а другий вивід п'ятого конденсатора з'єднаний з виходом схеми. На фіг. 1 наведено схему трипараметричного давача на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу. Пристрій містить перший польовий транзистор 1, стік якого з'єднаний з першим виводом першого резистора 3 та першим виводом першого конденсатора 13, другий вивід першого резистора 3 з'єднаний з шиною живлення 5, витік першого польового транзистора 1 приєднано до першого виводу першої котушки індуктивності 12 та першого виводу другого первинного вимірювального перетворювача 11, другий вивід якого прикріплений до першої загальної шини 10 та другого виводу першої котушки індуктивності 12, затвор першого польового транзистора 1 з'єднаний з другим виводом другого конденсатора 6, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом першого первинного вимірювального перетворювача 7, другий вивід якого приєднаний до першої загальної шини 10 та додатної клеми першого джерела живлення 9, від'ємна клема якого прикріплена до другого виводу четвертого резистора 8, перший вивід якого з'єднаний з затвором першого польового транзистора 1, стік другого польового транзистора 2 з'єднаний з другим виводом першого конденсатора 13 та першим виводом другого резистора 4, другий вивід якого прикріплений до шини живлення 5, затвор другого польового транзистора 1 з'єднаний з першим виводом третього резистора 14 та першим виводом третього первинного вимірювального перетворювача 16, другий вивід якого приєднаний до першого виводу третього конденсатора 17, другий вивід якого прикріплений до другої загальної шини 18, другий вивід третього резистора 14 приєднаний до від'ємної клеми другого джерела живлення 15, додатна клема якого з'єднана з другою загальною шиною 18, витік другого польового транзистора 2 з'єднано з першим виводом четвертого 19 та першим виводом п'ятого 20 конденсатора, другий вивід четвертого конденсатора 19 прикріплений до другої загальної шини 18, а другий вивід п'ятого конденсатора 20 з'єднаний з виходом схеми. Пристрій працює наступним чином. При подачі напруги з шини живлення 5, через схему протікає струм. Резистори 3 та 4 обмежують струм, що подається відповідно на стоки першого 1 та другого 2 польових транзисторів, а перше 9 та друге 15 джерела живлення задають зміщення по затвору, забезпечуючи при цьому знаходження їх робочих точок в активній області. Резистори 8 і 14 визначають напругу на затворах першого 1 та другого 2 польових транзисторів. Конденсатори 6, 13 та 20 є розділовими. Котушка індуктивності 12 та конденсатор 17 забезпечують пропускання постійної складової сигналу. Конденсатор 19 виконує функцію резонуючої ємності. Польові транзистори 1 і 2 використовуються як багатопараметричні узагальнені перетворювачі імітансу, перетворений імітанс яких між затвором другого польового транзистора 2 та другою загальною шиною 18 залежить від імітансів першого 11, другого 7 та третього 16 первинних вимірювальних перетворювачів. Вихідний імітанс першого каскаду визначаються аналітичним виразом Yв их1  Y22  Y12  Y21 , Y11  1/ Z1 (1) 40 45 де Y11 , Y12 , Y21 , Y22 - параметри матриці провідності двопараметричного УПІ на основі польового транзистора 1, Z1 - опір навантаження, що реалізується першим первинним вимірювальним перетворювачем 7. Y-параметри двопараметричного УПІ, містять в собі матрицю у-параметрів польового транзистора 1 в схемі зі спільним витоком при ввімкненні в загальний вивід другого первинного вимірювального перетворювача 11 з опором Z 2 .  y11  Z2  y  Y11 Y12   1  Z2   y [ Y]    Y21 Y22   y 21  Z2  y  1  Z2   y  50 y12  Z2  y  1  Z2   y  , y 22  Z2  y  1  Z2   y   (2) де  y  y11  y12  y 21  y 22; y  y11 y22  y21 y12; y11, y12, y 21, y 22 - параметри матриці провідності польового транзистора 1. Вихідна провідність трипараметричного давача на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу визначається як 2 UA 93519 U  Yв их2  Y22    Y12  Y21 ,   Y11  Yв их1 (3) де Y11 , Y12 , Y21 , Y22 - параметри матриці провідності двопараметричного УПІ на основі     5 польового транзистора 2, Yв их1 - вихідний імітанс першого каскаду давача. Y-параметри двопараметричного УПІ, містять в собі матрицю у-параметрів польового транзистора 2 в схемі зі спільним затвором при ввімкненні в загальний вивід третього первинного вимірювального перетворювача 16 з опором Z 3 .   y11  Z3  y   Y11 Y12   1  Z3   y [ Y]       21 Y21 Y22   y  Z3  y  1  Z   y 3   y12  Z3  y  1  Z 3   y  , y  Z3  y  22 1  Z 3   y   (4) 10 де  y  y11  y12  y  y ; y  y11 y  y y12; y11, y12, y , y - параметри матриці    22   21 22 21  21 22 провідності польового транзистора 2. При індуктивному характері імітансу першого 7 та ємнісному характері другого 11 первинних вимірювальних перетворювачів відбувається трансформація їх опору в індуктивний імітанс  j Im Yc з додатною активною складовою Re Yc між стоком першого польового транзистора 1 та 15 першою загальною шиною 10 (фіг. 2). Індуктивний імітанс  j Im Yc є вхідним імітансом для другого каскаду давача і є еквівалентним індуктивному первинному вимірювальному перетворювачу, підключеному до стоку другого польового транзистора 2. Індуктивний характер вихідного імітансу першого каскаду давача та резистивний характер третього первинного вимірювального перетворювача 16 перетворюються в індуктивний імітанс  j Im Yв их1 з від'ємною 20 активною складовою  Re Yв их1 між витоком другого польового транзистора 2 та другою загальною шиною 18 (фіг. 3). Індуктивний імітанс  j Im Yв их1 резонує з ємнісним імітансом Im Yв их1 , а від'ємна активна 2  Срез складова Re Yв их1  0 компенсує дисипативні втрати в контурі та забезпечує баланс амплітуд на частоті fген , що призводить до збудження схеми та генерації електромагнітних коливань на частоті fген , які надходять на вихід схеми. Враховуючи, що ця частота залежить від перетвореної провідності Yв их2 , яка у відповідності з приведеними виразами (1) - (4) залежить від величини перетворюваних опорів першого 7 ( Z1) , другого 11 ( Z 2 ) та третього 16 ( Z3 ) первинних вимірювальних перетворювачів, які залежать від зовнішнього інформаційного впливу Ф (світлового потоку, температури, вологості, тощо), то зміна частоти fген коливань, що генеруються, забезпечує багатократне збільшення чутливості генераторного давача відносно до прототипу, оскільки на зміну частоти генерації одночасно впливають зміни опорів як першого 7, так другого 11 і третього 16 первинних вимірювальних перетворювачів. конденсатора 19, забезпечуючи баланс фаз на частоті fген  25 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Трипараметричний давач на двокаскадному узагальненому перетворювачі імітансу, що містить польовий транзистор, три резистори, п'ять конденсаторів, одну котушку індуктивності, перший та другий первинні вимірювальні перетворювачі, дві загальні шини та шину живлення, причому перший вивід першого резистора з'єднаний зі стоком польового транзистора, який прикріплений до першого виводу першого конденсатора, другий вивід першого резистора з'єднаний з шиною живлення, витік польового транзистора приєднано до першого виводу першої котушки індуктивності та першого виводу другого первинного вимірювального перетворювача, який відрізняється тим, що в нього введено другий польовий транзистор, третій первинний вимірювальний перетворювач, а також два джерела живлення, причому як первинні вимірювальні перетворювачі використані індуктивний, ємнісний та резистивний первинні вимірювальні перетворювачі, другий вивід другого вимірювального перетворювача з'єднаний з 3 UA 93519 U 5 10 15 загальною шиною та другим виводом першої котушки індуктивності, затвор першого польового транзистора з'єднаний з другим виводом другого конденсатора, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом першого первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першої загальної шини та додатної клеми першого джерела живлення, від'ємна клема якого прикріплена до другого виводу четвертого резистора, перший вивід якого з'єднаний з затвором першого польового транзистора, стік другого польового транзистора з'єднано з другим виводом першого конденсатора та першим виводом другого резистора, другий вивід якого прикріплений до шини живлення, затвор другого польового транзистора з'єднаний з першим виводом третього резистора та першим виводом третього первинного вимірювального перетворювача, другий вивід якого приєднаний до першого виводу третього конденсатора, другий вивід якого прикріплений до другої загальної шини, другий вивід третього резистора приєднаний до від'ємної клеми другого джерела живлення, додатна клема якого з'єднана з другою загальною шиною, витік другого польового транзистора з'єднано з першим виводом четвертого та першим виводом п'ятого конденсатора, другий вивід четвертого конденсатора прикріплений до другої загальної шини, а другий вивід п'ятого конденсатора з'єднаний з виходом схеми. 4 UA 93519 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5