Високовольтний широкосмуговий вимірювальний підсилювач для діапазону частот до 100 кГц і максимальної вихідної напруги до 1000 В
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.3.2025.340420Ключові слова:
підсилювач напруги; каскадний підсилювач; еталон змінної напругиАнотація
Основним призначенням високовольтного широкосмугового вимірювального підсилювача (ВШВП) є метрологічне забезпечення термоелектричних перетворювачів, зокрема ПНТЕ-12 та інших, які мають межі перетворювання 300, 500, 1000 В. Тому актуальним завданням є створення підсилювача, здатного працювати в широкому діапазоні частот та напруг.
У статті детально висвітлено можливості вдосконалення метрологічних характеристик спеціалізованих блоків розширення частотного та динамічного діапазонів еталонів напруги змінного струму, що застосовуються у метрологічних комплексах. Розглянуто роботу цих блоків у частотному діапазоні до 100 кГц та за максимальних значень вихідної напруги до 1000 В, що особливо актуально для сучасних високоточних метрологічних і калібрувальних лабораторій.
На основі матричного рівняння запропоновано аналітичні залежності, що описують статичні та динамічні характеристики підсилювачів неінвертуючого типу із застосуванням незалежних ланцюгів зворотного зв’язку. Ці залежності дозволяють прогнозувати та оптимізувати поведінку підсилювачів, зокрема стабільність амплітуди, фазові зсуви та лінійність передачі сигналів у широкому діапазоні робочих частот і амплітуд.
Наведено результати експериментальних досліджень високовольтного широкосмугового вимірювального підсилювача (ВШВП), який забезпечує невизначеність передачі напруги, що не перевищує 15 ppm у повному діапазоні частот до 100 кГц при вихідній напрузі 1000 В.
Описано експериментальні установки, методики вимірювань та аналіз факторів, що впливають на точність та стабільність роботи підсилювача.
Створено високовольтний широкосмуговий вимірювальний підсилювач із максимальною вихідною напругою 1000 В у діапазоні частот від 0 до 100 кГц на основі неінвертуючих каскадів із незалежними зворотними зв’язками. Отримані результати дозволили реалізувати впровадження цього ВШВП у склад військового еталона напруги змінного струму ВВТУ-08-07-01-09 для калібрування високовольтних термоелектричних перетворювачів, що підтверджує високу метрологічну надійність, стабільність та практичну цінність розроблених технічних рішень.
Посилання
Tuz Yu.M., Afanasiev M.A. Shyrokosmuhovi vysokovoltni vymiriuvalni pidsyliuvachi zminnoho strumu: monohrafiia [Broadband high-voltage measurement amplifiers for AC signals: monograph]. Kyiv, 2012. 101 p. (in Ukrainian).
Dovhal A.V., Tuz Yu.M. Metod pobudovy vysokovoltnykh shyrokosmuhovykh pidsyliuvachiv dlia etaloniv napruhy [A method for constructing high-voltage wideband amplifiers for voltage standards]. Measurements infrastructure, 2024, no. 8 (in Ukrainian). doi: https://doi.org/10.33955/v8(2024)-060
Chynkov V.M. Osnovy metrolohii ta vymiriuvalnoi tekhniky: navch. posibnyk. [Fundamentals of metrology and measuring technology: tutorial]. Kharkiv, 2005. 524 p. (in Ukrainian).
Moroz R. M. Pryntsypy pobudovy vymiriuvalnykh pidsyliuvachiv potuzhnosti: avtoref. dys. … cand. tekhn. nauk [Principles of designing measuring power amplifiers: abstracts of cand. tech. sci. diss.]. Kyiv, 2020. 20 p. (in Ukrainian).
Flowers-Jacobs N.E. et al. Two-Volt Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer Using Wilkinson Dividers. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2016, vol. 26, no. 6. doi: https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2532798
Mehrotra U., Hopkins D.C. Methodologies of Cascading to Realize High-Voltage Cascaded Super Cascode Power Switch. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2023, vol. 11, issue 6, pp. 5853–5862. doi: https://doi.org/10.1109/jestpe.2023.3314025
Ji Liu et al. A Cascaded Linear High-Voltage Amplifier Circuit for Dielectric Measurement. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, vol. 63, issue 3, pp. 1833–1841. doi: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2498129
Lisong Xu, Hongwen Li, Pengzhi Li et al. A High-Voltage and Low-Noise Power Amplifier for Driving Piezoelectric Stack Actuators. Sensors, 2020, vol. 20, issue 22, 6528. doi: https://doi.org/10.3390/s20226528
Bohler J. et al. Ultra-High-Bandwidth Power Amplifiers: A Technology Overview and Future Prospects. IEEE Access, 2022, vol. 10, pp. 54613–54633. doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3172291
Na Bai, Xiaolong Li, Yaohua Xu. A Low-Voltage, Ultra-Low-Power, High-Gain Operational Amplifier Design for Portable Wearable Devices. Electronics, 2022, vol. 11(1), no. 74. doi: https://doi.org/10.3390/electronics11010074
Dovhal A.V. Vysokovoltnyi neinvertuiuchyi shyrokosmuhovyi kaskadnyi pidsyliuvach [High-voltage non-inverting wideband cascaded amplifier]. Utility Model Patent no. 152343, publ. 11.01.2023, bul. № 2/2023 (in Ukrainian). Available at: https://sis.nipo.gov.ua/uk/search/detail/1718340/
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
