Методика оценки достижимых параметров высокочувствительного измерительного автогенератора с конвертором отрицательной емкости

Самарский государственный технический университет

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Изложена методика оценки достижимых параметров широкодиапазонного высокочувствительного измерительного автогенератора с конвертором отрицательной емкости.

Ключевые слова: активный измерительный генератор, управляемый конвертор отрицательного импеданса.

В работах [1, 2] исследованы модели и способы построения широкодиапазонных высокочувствительных измерительных автогенераторов (ИГ), построенных на основе конверторов отрицательного импеданса и реализованных на основе источника тока, управляемого током (ИТУТ), и источника напряжения, управляемого напряжением (ИНУН) (см. рисунок).

Подобные автогенераторы могут быть использованы при построении схем вторичного преобразования информационно-измерительных и управляющих систем [3], получающих информацию от емкостных (или индуктивных) первичных преобразователей.

В связи с этим актуальной является задача оценки следующих показателей работы ИГ:

- величина частоты на выходе ИГ (в том числе величина максимально достижимой частоты);

- величина максимального диапазона перестройки частоты ИГ;

- величина максимальной чувствительности частоты ИГ к изменению емкости в цепи КК, а также соотношения между «конвертируемой» емкостью и емкостью колебательного контура в момент достижения максимальных величин чувствительности и частоты.

Структурная схема ИГ с конвертором отрицательного импеданса: КК - колебательный контур ИГ; Z(јщ)= R^*+(jщC₃^*)^-1 - конвертируемый в цепь колебательного контура импеданс

Результаты исследований [1] положены в основу данной методики.

1. Исходные данные для расчета ИГ:

L₁ - индуктивность в цепи КК ИГ;

k - коэффициент «конвертирования» емкости С₃^* в цепь КК ИГ;

С₂^' - выходная емкость первичного (емкостного) преобразователя в цепи КК;

С₂^'' - емкость кабеля, соединяющего первичный преобразователь с КК ИГ.

2. Оценка максимально возможной частоты на выходе ИГ:

(1)

(2)

(3)

где R^* - сумма внутреннего и входного сопротивлений ИНУН и ИТУТ.

Для схем ИГ, реализованных, например, на биполярных транзисторах,

3. Определение частоты щ на выходе ИГ:

(4)

(5)

где - величина «конвертируемой» в цепь КК емкости.

При частотах можно для определения частоты использовать формулу (4), положив .

4. Оценка максимально возможного диапазона перестройки частоты ИГ путем изменения величины конвертируемой емкости :

(6)

где ; - собственная частота и характеристическое сопротивление колебательного контура ИГ.

5. Определение величины «конвертируемой» емкости , при которой достигается максимальная частота на выходе ИГ:

широкодиапазонный высокочувствительный автогенератор

(7)

6. Определение максимальной величины относительной чувствительности частоты на выходе ИГ к изменению емкости (или к изменению величины «конвертируемой» емкости ):

(8)

7. Определение величины «конвертируемой» емкости , при которой достигается максимальная величина относительной чувствительности и :

(9)

8. Определение относительной чувствительности частоты ИГ к изменению емкостей и :

(10)

(11)

Формулы (10) и (11) справедливы для случая

В качестве примера рассмотрим расчет основных параметров, характеризующих возможности ИГ с конвертором отрицательной емкости при следующих исходных данных: (использованы данные из проекта построения реального ИГ, в колебательный контур которого включен емкостный первичный преобразователь, расположенный в энергетическом объекте).

Величина максимально возможной частоты ИГ будет в этом случае не менее

(т. е. не менее ).

Величина конвертируемой емкости , при которой будет достигнута , составит

Частота на выходе ИГ при будет равна

(поскольку , то и можно воспользоваться для расчета формулой (4) данной методики).

Величина будет не менее

Максимальная величина относительной чувствительности к изменению емкости (или емкости )

Величина емкости , при которой достигается максимум относительной чувствительности и :

Из анализа ИГ с конвертором отрицательной емкости и данной методики следует:

а) частота на выходе ИГ выше частоты собственных колебаний контура;

б) максимальное значение частоты ИГ обратно пропорционально величине суммы внутреннего сопротивления ИНУН и входного сопротивления ИТУТ конвертора, а также величине емкости колебательного контура;

в) величина «конвертируемой» емкости, при которой достигается максимум частоты ИГ, равна (при k=1) удвоенной величине емкости колебательного контура;

г) величина «конвертируемой» емкости, при которой достигается максимум абсолютной величины относительной чувствительности частоты ИГ к изменению измеряемой емкости, равна (при k=1) величине измеряемой емкости;

д) установлено, что для достижения максимальных величин относительных чувствительностей частоты ИГ к изменению измеряемой емкости (как и для достижения максимального диапазона перестройки частоты ИГ) внутреннее сопротивление ИНУН и входное сопротивление ИТУТ конвертора должны иметь минимальную величину.

Библиографический список

1. Ляпидов В.С. Активные цепи в измерительных автогенераторах // Вестник СамГТУ, вып. 20. Сер. Технические науки. - 2004. - С. 135-144.

2. Ляпидов В.С. Перспективы применения схем имитации отрицательной емкости (индуктивности) при построении схем вторичного преобразования ИИУС // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2008. - №6. - С. 46-49.

3. Ляпидов В.С., Привалов В.Д. Высокочувствительные схемы вторичного преобразования информационно-измерительных и управляющих систем с автогенераторами на базе управляемых конверторов отрицательного импеданса // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2009. - №9. - С. 38-40.

Размещено на Allbest.ru