Удосконалення високовольтних широкосмугових каскадних вимірювальних підсилювачів для пристроїв відтворення одиниці напруги змінного струму радіочастотного діапазону
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Довгаль А.В. удосконалення методів побудови високовольтних широкосмугових вимірювальних підсилювачів для пристроїв відтворення одиниці напруги змінного струму радіочастотного діапазону. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 152 “ Метрологія та інформаційно вимірювальна техніка ” - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025. У цій науковій роботі розглянуті теоретичні моделі для побудови високовольтних широкосмугових підсилювачів, представлені результати проектування та розглянуті важливі аспекти та проблеми їх реалізації. Методи аналізу та корекції похибок та їх практичне застосування дає змогу забезпечити необхідні характеристики точності таких пристроїв, що в свою чергу розширює галузь їх використання, зокрема як засобів вимірювальної техніки. Високовольтні вимірювальні підсилювачі можуть бути долучені до складу еталонів змінної напруги для розширення динамічного та частотного діапазонів та забезпечення високої точності та надійності вимірювань. Еталони змінної напруги призначені для калібрування та перевірки вимірювальних приладів, які використовуються в електротехніці, електроенергетиці, наукових дослідженнях та інших галузях, де потрібне точне вимірювання напруги. Підсилювачі високої напруги з широкою смугою частот відіграють незамінну роль у формуванні високо стабільної напруги для еталонів напруги на основі термоелектричних перетворювачів. Варто наголосити на важливості застосування високовольтних широкосмугових вимірювальних підсилювачів у метрологічних комплексах еталонів змінної напруги. Одним із таких комплексів є військовий еталон напруги ВВЕТУ 08-07-01-09. Даний еталон відтворює одиницю змінної напруги до 1000В у діапазоні частот до 30МГц шляхом термоелектричного компарування з використанням термоелектричних перетворювачів напруги. У такому комплексі точність відтворення одиниць вимірювання напруги має першорядне значення, оскільки навіть незначні неточності можуть призвести до суттєвих похибок вимірювання. Використання підсилювачів високої напруги дає змогу використовувати багатоелементні термоелектричні перетворювачі для досягнення більшої точності відтворення величини напруги. З огляду на важливість та актуальність зазначених вище сфер застосування широкосмугових високовольтних вимірювальних підсилювачів, попри складнощі, пов’язані з їх побудовою, переваги, які вони пропонують щодо забезпечення точності вимірювань та ефективності системи, незаперечні. Відсутність готової елементної бази чи відповідних засобів для забезпечення необхідних параметрів вихідної напруги, таких як швидкість наростання, діапазон вихідної напруги та робочої частоти, підхід до побудови високовольтних широкосмугових підсилювачів потребує залучення додаткових технічних рішень та засобів при проектуванні. Одним із таких рішень є використання незалежних каскадів підсилювачів із незалежним живленням, які формуватимуть вихідну напругу за принципом послідовного ввімкнення. Такий метод дає змогу розширити вихідний діапазон напруги без погіршення динамічних характеристик. Запропоновані в науковій роботі методи побудови підсилювачів із використанням незалежного паралельного зворотного зв’язку дають змогу виконати корегування частотної характеристики на кожному з каналів окремо та покращити загальну стабільність і точність вихідної величини за рахунок додаткових ланок із помірною втратою точності. Запропонована додаткова частотна корекція вихідного сигналу дає змогу відокремити та компенсувати похибки першого порядку малості, що загалом дає змогу підвищити точність відтворення вихідної напруги. В основу досліджуваних підсилювачів було покладено досягнення найбільшого частотного та динамічного діапазону, необхідного для метрологічної атестації всіх засобів вимірювальної техніки - від вторинних еталонів до засобів вимірювальної техніки для вимірювання параметрів електричних сигналів у цьому діапазоні частот: осцилографи, вольтметри, генератори тощо. У цих підсилювачах вирішено проблему досягнення максимально можливої вихідної напруги в заданому діапазоні частот, який би відповідав діапазону частот і напруги еталонних термоелектричних перетворювачів - ЕПНТЕ, ДТПТ6, ПНТЕ12. Під час виконання роботи було проведено комп’ютерне моделювання та аналіз технічних рішень, застосування яких є основою для побудови широкосмугових високовольтних вимірювальних підсилювачів. Розглянуто переваги та недоліки кожної із запропонованих моделей та детально висвітлено проблеми та аспекти при побудові. На основі проведеного аналізу визначено метрологічні характеристики та складено модель похибок в аналітичному вигляді. Запропоновано технічні методи для їх корекції та збільшення точності. Експериментальні дослідження засвідчили, що отримані похибки за СКЗ відхиленням у кілька разів і навіть на порядок менші, ніж похибки, котрі передбачені технічним завданням на еталон ВВЕТУ 08-07-01-09, який прийнято на озброєння згідно з наказом міністра оборони №529 від 18.10.2010 та використовується дотепер. Практичним результатом дисертаційної роботи є розроблені блоки підсилювачів 1000В-100КГц та 30В-30МГц, які впроваджено в систему вихідного військового еталону у межах модернізації комплексу еталона ВВЕТУ 08-07-01-09 згідно із замовленням Міністерства оборони для Метрологічного центру військових еталонів (МЦВЕ).
Опис
Ключові слова
операційний підсилювач, високовольтний підсилювач, каскадний підсилювач, термоелектричний перетворювач, резонансний перетворювач напруги, еталон напруги, відтворення одиниці напруги, електрична потужність, вимірювальний пристрій, вимірювання, модель похибки, корекція похибки, operational amplifier, high-voltage amplifier, cascade amplifier, thermoelectric converter, voltage standard, voltage unit reproduction, measuring device, measurement, electrical power, error model, error correction
Бібліографічний опис
Довгаль, А. В. Удосконалення високовольтних широкосмугових каскадних вимірювальних підсилювачів для пристроїв відтворення одиниці напруги змінного струму радіочастотного діапазону : дис. … д-ра філософії : 152 Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка / Довгаль Артем Володимирович. – Київ, 2025. – 152 с.