К.т.н., Твердоступ Н.И., Кузнецова Е.В.

Днепропетровский национальный университет

УПРАВЛЯЕМАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ НА ОСНОВЕ КОНВЕРТОРОВ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ИМПЕДАНСА

         Актуальность. Использование индуктивных  датчиков в резонансных измерительных устройствах на низких частотах ограничивается малыми значениями их собственной индуктивности. Поэтому актуальным является разработка устройств, позволяющих управлять собственными параметрами датчиков без изменения их конструкции.

Анализ исследований. Общие вопросы синтеза преобразователей реактанса рассмотрены в ряде работ [1, 2, 3], частные схемотехнические решения умножителей индуктивности и емкости показаны в [4, 5, 6]. Результаты работы  [7] указывают на целесообразность использования комбинированной операционной схемы для создания управляемых реактансов.

 Постановка задачи. Целью работы является определение условий реализации управляемой индуктивности  на основе линейной комбинированной операционной схемы.

Основная часть. В линейной комбинированной операционной схеме (рис.1) входные импедансы и  относительно    источников возбуждения

, равны:                              

           ,                                                        (1)

                     ,                                               (2)

где   ÷  — линейные импедансы,   , . Такая схема является базовой для синтеза линейных импедансов с заданными характеристиками [7].

 

+

                Рис.1. Комбинированная операционная схема

 

Для реализации индуктивного реактанса используем вариант комбинированной операционной схемы при  ,  . Тогда из (1) входной импеданс будет иметь вид:

             .                                                              (3)

В этом случае схема является конвертором отрицательного импеданса относительно      и   .

 На рис.2 показана схема двух последовательно соединенных конверторов, у  которых в качестве линейных импедансов используются активные сопротивления , , , ,  и индуктивность  с активным

       

 

R2

R4

R'2

R'4

R3

L'3

r'3

Z'вх

Zвх
 Рис.2. Устройство масштабирования индуктивности

сопротивлением . Входной импеданс правого по схеме конвертора согласно (3) равен

                  ,                                              (4)

он преобразуется с изменением знака левым конвертором в импеданс

                         .

Тогда с учетом (4) входной импеданс левого конвертора  будет равен                         .(5)

Входной импеданс схемы  имеет индуктивный характер, представляет собой заземленную индуктивность  с последовательно включенным активным сопротивлением , величины которых согласно (5) равны

                                                                      (6)

           .                                             (7)

В настоящей схеме синтезируется индуктивность  как результат масштабирования   с коэффициентом  равным   Активное сопротивление принимает как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от величины сопротивления по отношению к величинам ; в случае выполнения равенства     активное сопротивление  входной индуктивности схемы становится нулевым . Выполнение этого равенства позволяет минимизировать активные потери синтезированной индуктивности и повысить ее добротность.

Рассмотренная активная цепь в виде двух последовательно соединенных конверторов отрицательного импеданса позволяет производить масштабирование  величины реактанса с сохранением знака, т.е. выполнять функции конвертора положительного импеданса. Однако, в отличие от последнего, в рассмотренной схеме присутствует отрицательная активная составляющая сопротивления, величина  которой при определенном условии позволяет компенсировать активные потери и повысить добротность синтезируемой индуктивности,  что невозможно в схемах с конверторами положительного импеданса [6].

Вывод. Проведенный анализ показывает возможность синтеза на основе комбинированной операционной схемы умножителя индуктивности с заданным коэффициентом умножения и минимизацией активных потерь.

 

Литература:

1.   Карпов Е.А., Марунчак Л.В., Рядинских А.С. Синтез нелинейных         преобразователей. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.

2. Кустов О.В., Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. – М.: Связь, 1978. – 144 с.

3. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Л.: Энергия, 1974.   – 216 с.

4. А.с. 813696 СССР. Индуктивный двухполюсник/ А.Ф. Гришков, А.Н. Гуляев, И.Г. Дорух, А.В. Маргелов. Бюл. №10, 1981.

5.        А.с. 836784 СССР. Преобразователь сопротивления/ С.А.Новосельцева, М.З. Чаповский. Бюл. №21, 1981.

6.        Твердоступ Н.И. Умножитель индуктивности. // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Випуск 1(60). – Дніпропетровськ, 2009. – с.82 – 87.

7.        Твердоступ Н.И. О функционально полном наборе входных импедансов комбинированной операционной схемы  // Системні технології. Регіональний міжвузівський збірник наукових праць. – Випуск 6(41). – Дніпропетровськ, 2005. – с.47 – 53.