To the question of imredance matchihg transformers with primary secondary circuits transform information-measuring and control systems

Full Text

Исследование измерительных LC-автогенераторов (ИГ) с конверторами отрицательного импеданса [1-3] позволяет сделать вывод о перспективности их использования при построении схем вторичного преобразования (ВП) информационно-измерительных и управляющих систем (ИИ и УС). Применение конверторов отрицательного импеданса приводит к изменению величины эквивалентной емкости (индуктивности) в цепи колебательного контура ИГ. Это требует согласования выходной емкости (индуктивности) первичного преобразователя (ПП) с характеристическим сопротивлением колебательного контура ИГ. Кроме того, зачастую жесткие требования к габаритам ПП требуют повышения коэффициента преобразования цепи, состоящей из последовательно включенных ПП, линии связи (кабеля) и ВП. Требуемое согласование можно обеспечить, например, за счет применения схемы умножения (СУ) выходной емкости (индуктивности) ПП, построенной на основе датчика тока (ДТ) и источника тока, управляемого током (ИТУТ) [4]. Структура и схема подключения СУ к ПП и ВП приведены на рис. 1. Умножение величины выходной емкости ПП эквивалентно применению ПП с большей величиной выходной емкости (значит, и с соответственно большими габаритами). Коэффициент преобразования цепи, состоящей из последовательно включенных ПП, СУ, ВП, повышается при. Это позволяет уменьшить габариты ПП, а значит, повысить, например, его виброустойчивость. В качестве примера реализации на рис. 2 приведена принципиальная схема СУ емкостного струнного ПП (- плоская струна, Э - неподвижный электрод). Рис. . Структура и схема подключения СУ Рис. . Схема умножения емкости ПП При реализации СУ сделаны следующие допущения: - ДТ реализован на трансформаторе Т с ферритовым сердечником; - ИТУТ реализован на транзисторе VT3 с общей базой. Коэффициенты передачи ИТУТ и Т выбраны равными 1 и 2 соответственно. На транзисторах VT1, VT2, резисторах , и конденсаторе собрана схема умножения тока на постоянный коэффициент. Для отношения токов и справедливо (при ) выражение с максимальной ошибкой менее в диапазоне двух порядков величины тока [5], т. е. . При схема, выполненная на транзисторах VT1 и VT2, носит название «токового зеркала». На транзисторе VT4 собран источник постоянного тока для питания СУ. Следует заметить, что применение СУ ведет к тому, что умножается не только емкость емкостного ПП, но и емкость кабеля, соединяющего ПП со входом СУ. Это обстоятельство, а также снижение относительной величины емкости ПП (при значительном удалении ПП от средств ВП) требует компенсации емкости кабеля. В связи с изложенным разработана структурная схема ИИ и УС с емкостным ПП (рис. 3), в которой для компенсации емкости кабеля использована схема, имитирующая отрицательную емкость [6]. Рис. . Структурная схема измерительного канала ИИ и УС с емкостным ПП Разработанная структура отличается от структуры, приведенной, например, в [7], наличием описанной выше СУ и дополнительного управляющего элемента (УЭ), вход которого подключен к выходу фильтра низких частот (ФНЧ1), а выход - к кабелю (К), соединяющему емкостный ПП со входом фильтра высоких частот (ФВЧ). ИГ включен в систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ1). При изменении емкости кабеля происходит рассогласование фаз сигналов на выходе ИГ и входе генератора опорной частоты (ГОЧ), а на выходе фазового детектора (ФД1) вырабатывается сигнал ошибки. Низкочастотные составляющие сигнала с выхода ФНЧ1 подаются на вход УЭ, который компенсирует изменение емкости кабеля (К). В качестве УЭ использована схема, имитирующая отрицательную емкость. Выход схемы УЭ включен параллельно с емкостью кабеля . Это обеспечивает компенсацию емкости кабеля «отрицательной» емкостью управляющего элемента . Таким образом, в статье рассмотрена принципиальная возможность согласования выходной емкости ПП с характеристическим сопротивлением контура ИГ за счет использования схем умножения емкости из последовательно включенных датчика тока и управляемого источника тока. Кроме того, рассмотрена принципиальная возможность и предложена структура измерительного канала ИИ и УС с емкостными ПП для компенсации емкости кабеля (с помощью схем имитации отрицательного импеданса), соединяющего ПП со схемой ВП, что позволит удалять ПП от схем ВП. Последнее обстоятельство является возможным при построении ИИ и УС для энергетических объектов, требующих повышенной термической напряженности в зоне работы ПП [8]. Автор не ставил перед собой задачи оценки быстродействия или оценки снижения погрешности ИИС, поскольку эти вопросы целесообразно рассматривать только для конкретно образца ИИ и УС с конкретными характеристиками ПП и соединительного кабеля.

About the authors

Valery S Lyapidov

Samara State Technical University

Email: constantin.1988@mail.ru
(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files