15.5. Особливості побудови широкодіапазонних кодокерованих мір індуктивності

Для використання в кодокерованих мірах індуктивності, що працюють на змінному струмі, ЦАП повинен бути помножувальним (двополярним). Основні зусилля при цьому потрібно направити на реалізацію міри, напруга між затискачами якої визначалася б тільки вихідною напругою ЦАП, а не різницею напруг, що зменшує вимоги до основної частини власне міри – кодокерованого перетворювача напруг. Відомо, що перетворювач струм-напруга (ПСН) [54-57] між своїм входом та спільною шиною дає можливість забезпечити близький до нуля спадок напруги (визначається ця напруга тільки значенням коефіцієнту передачі розімкненого ОП). Крім того, передавальна функція ідеального гіратора однотипна з частотною залежністю індуктивного опору [54-57]. Це дає змогу реалізації на базі ПСН та гіратора імітатор однозначної індуктивності, вихідна напруга якого може безпосередньо під’єднуватись до входу ЦАП.

Нормативними документами встановлено, що синусоїдна напруга на об’єкті вимірювання може сягати 200 В в діапазоні частот від 40 до 10⁶ Гц [137]. Однак, аналіз технічних характеристик вимірювачів RLC–параметрів показав, що в більшості випадків вона не перевищує 50 В. Крім того, вимірювачі великих індуктивностей працюють на частотах до 1 кГц.

Аналіз літературних джерел показав, що реалізувати високовольтний підсилювач з високими метрологічними характеристиками є доволі проблематично. Метод слідкувального зворотного зв’язку дає можливість досягати значення вихідної напруги більшого від значення напруги живлення [55, 142]. Однак, нестійкість схеми, схильність до насичення унеможливлює реалізацію за цією структурою високовольтного підсилювача [90]. Найдоцільнішою є побудова високовольтного підсилювача каскадуванням низьковольтних з використанням схем підсилювачів з віртуальною спільною шиною [90]. Таке схемотехнічне рішення потребує для кожного з підсилювачів окремих гальванічно відділених блоків живлень.

Ще однією проблемою при побудові широкодіапазонної міри індуктивності є проблема в перемиканні піддіапазонів. В класичному перетворювачі струм-напруга при перемиканні резистора зворотнього зв’язку виникатиме похибка за рахунок залишкових параметрів комутаційних елементів. Враховувати дійсні значення їхніх опорів трудомістко, оскільки їх опір суттєво змінюється при зміні параметрів довкілля, особливо температури. Перевагу слід віддати структурній корекції похибки, зумовленої залишковими параметрами комутаційних елементів.

Всі вище згадані особливості враховані у функціональній схемі, поданій на рис. 15.5. ПСН побудований на базі ОП DA2, масштабних резисторів R₀₁, …, R₀₄ та струмових ключів S₁. На ОП DA1 із резисторами R₁, R₂ та потенціальними ключами S₂ реалізована схема корекції залишкових параметрів струмових ключів S₁. Вихідна напруга ПСН U₁ через диференціатор DA3, C₁, R₃ подається на вхід подільника КПН. Вхідна напруга КПН U₃ підсилюється високовольтним підсилювачем DA5, …, DA8, R₄, …, R₁₁ та служить фактично вихідною напругою кодокерованої міри. Струм I_і імітатора індуктивності протікає від клеми 1 через струмовий ключ S₁, взірцевий масштабний резистор R_ol, вихід ОП DA2 і через виходи ОП DA5, …, DA8 до клеми 2.