Удосконалення високовольтних широкосмугових каскадних вимірювальних підсилювачів для пристроїв відтворення одиниці напруги змінного струму радіочастотного діапазону

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorТуз, Юліан Михайлович
dc.contributor.authorДовгаль, Артем Володимирович
dc.date.accessioned2025-08-27T14:09:24Z
dc.date.available2025-08-27T14:09:24Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractДовгаль 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).
dc.description.abstractotherDovhal A.V. Research of methods of constructing high-voltage wideband measurement amplifiers for devices of reproducing ac voltage unit in the radio frequency range. - Qualifying scientific work on manuscript rights. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 152 "Metrology and information measuring technology" - National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kyiv, 2025. In this scientific work, theoretical models for the construction of high-voltage wide bandwidth amplifiers are considered, design results are presented, and important aspects and problems of their implementation are considered. The methods of error analysis and correction and their practical application make it possible to ensure the necessary accuracy characteristics of such devices, which in turn expands the scope of their use, including as measuring equipment. High-voltage measuring amplifiers can be included in the composition of alternating voltage standards to ensure high accuracy and reliability of measurements. AC voltage standards are intended for calibration and verification of measuring devices used in electrical engineering, power generation, scientific research and other industries where accurate voltage measurement is required. High-voltage amplifiers with a wide frequency band play an indispensable role in increasing the accuracy and operating frequency range of voltage standards based on thermoelectric converters. Providing accurate signal amplification over a wide frequency range, these amplifiers form the highly accurate voltage gains required for calibration, testing and research. It is worth emphasizing the importance of using high-voltage broadband measuring amplifiers in metrological complexes of alternating voltage standards. One of these complexes is the military voltage standard ВВЕТУ 08-07-01-09. This standard reproduces a unit of alternating voltage up to 1000 V in the frequency range up to 30 MHz by thermoelectric comparison using thermoelectric voltage converters. In such a complex, the accuracy of reproduction of voltage measurement units is of primary importance, since even minor inaccuracies can lead to significant measurement errors. The use of high-voltage amplifiers allows the use of multi-element thermoelectric converters to achieve greater accuracy in reproducing the voltage value. Given the importance and relevance of the above-mentioned areas of application of wide bandwidth high-voltage measurement amplifiers, despite the complexity associated with their construction, the advantages they offer in terms of ensuring measurement accuracy and system efficiency are undeniable. The lack of a ready-made elemental base or appropriate means to ensure the necessary parameters of the output voltage, such as the rate of increase, the range of the output voltage and the operating frequency, the approach to the construction of high-voltage wide bandwidth amplifiers requires the involvement of additional technical solutions and means in the design. The methods of building amplifiers using independent parallel feedback proposed in the scientific work allow you to adjust the frequency response on each of the channels separately and improve the overall stability and accuracy of the output value due to additional links with a moderate loss of accuracy. The additional error correction of the output signal proposed by the author allows to separate and compensate the errors of the first order of smallness caused by the use of independent separate links, which in general allows to increase the accuracy of the output voltage. The basis of the researched amplifiers was the achievement of the largest frequency and dynamic range necessary for metrological certification of all measuring equipment, starting with secondary standards and ending with measuring equipment for measuring the parameters of electrical signals in this frequency range - oscilloscopes, voltmeters, generators, etc. These amplifiers solve the problem of achieving the maximum possible output voltage in a given frequency range that would correspond to the frequency and voltage range of reference thermoelectric converters - EPNTE, DTPT6, PNTE12. In the course of the work, computer modeling and analysis of technical solutions were carried out, the application of which is the basis for the construction of broadband high-voltage measuring amplifiers. The advantages and disadvantages of each of the proposed models are considered, and the problems and aspects during construction are covered in detail. On the basis of the conducted analysis, metrological characteristics were determined and an error model was compiled in an analytical form. Technical methods for their correction and increase in accuracy are proposed. Experimental studies have shown that the obtained errors according to the SKZ deviation are several times and even an order of magnitude smaller than the errors provided for by the technical task for the military secondary standard of Ukraine 08-07-01-09, which was adopted in accordance with the order of the Minister of Defense No. 529 from 18.10.2010 and is used until now. The practical result of the dissertation work is the developed blocks of amplifiers 1000V-100KHz and 30V-30MHz, which are implemented in the complex of secondary standards as part of the modernization of the standard complex ВВЕТУ 08-07-01-09 according to the order of the Ministry of Defense for the Metrological Center of Military Standards.
dc.format.extent152 с.
dc.identifier.citationДовгаль, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/75706
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectопераційний підсилювач
dc.subjectвисоковольтний підсилювач
dc.subjectкаскадний підсилювач
dc.subjectтермоелектричний перетворювач
dc.subjectрезонансний перетворювач напруги
dc.subjectеталон напруги
dc.subjectвідтворення одиниці напруги
dc.subjectелектрична потужність
dc.subjectвимірювальний пристрій
dc.subjectвимірювання
dc.subjectмодель похибки
dc.subjectкорекція похибки
dc.subjectoperational amplifier
dc.subjecthigh-voltage amplifier
dc.subjectcascade amplifier
dc.subjectthermoelectric converter
dc.subjectvoltage standard
dc.subjectvoltage unit reproduction
dc.subjectmeasuring device
dc.subjectmeasurement
dc.subjectelectrical power
dc.subjecterror model
dc.subjecterror correction
dc.subject.udc621.31:006.9
dc.titleУдосконалення високовольтних широкосмугових каскадних вимірювальних підсилювачів для пристроїв відтворення одиниці напруги змінного струму радіочастотного діапазону
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Dovhal_dys.pdf
Розмір:
9.75 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (ІВТ)
Дисертації (вільний доступ)