JPS60242373A - 実効値トランスデユ−サ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、歪みのある入力交流電圧や電流の実効値に
比例した直流を出力する実効値トランスデユーサに関す
るものである。

［従来技術］ 従来、歪みのある入力交流電圧や電流を測定する場合、
たとえば可動鉄片形や熱電形のような実効値応答形の指
示計器が使用されていた。しかしながら、これらの計器
はその目盛間隔が均等でなく、また製造にあたって目盛
間隔のばらつきが発生するために、印刷目盛板が使用で
きない等の欠点があった。さらに、近年の計測装置には
、デジタル表示器を使用したり、計測値を演算したりす
ることが多いため、直線性のよい実効値トランスデユー
サが必要とされているのが現状である。

「発明の概要」 この発明は上記のような事情にかんがみてなされたもの
で、歪みのある入力交流電圧や電波の実効値に近似的に
比例した直流を出力することができ実効値トランスデユ
ーサを提供することを目的としている。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はこの発明の実施例を示す回路図である。図にお
いて、（１）は半波整流回路、（２）はこの半波整流回
路（１）からの半波整流電圧を平滑する平滑回路である
。

Ｍは演算増幅器で、この演算増幅器Ｍにおける反転入力
（負）端子は、抵抗Ｒ，を介して入力端子（４）に接続
されるとともに、ダイオ−Ｆ’　Ｄ　＋　および抵抗Ｒ
２の並列回路を介してその演算増幅器Ｍにおける出力端
（５）に接続されている。この出力端（５）に接続され
た上記ダイオードＤＩおよび抵抗Ｒ２の各接続点間には
、ダイオードＤ２が接続されている。また、上記演算増
幅器Ｍにおける非反転入力（正）端子は接地されている
。これら演算増幅器Ｍ、抵抗Ｒ１，抵抗Ｒ２，ダイオー
ドＤ１およびＤ２によって公知の半波整流回路（１）が
構成されている。

平滑回路（２）は、第１および第２の平滑コンデンサｃ
ｌ、ｃ２と、第１のコンデンサＣＩに対する充電抵抗Ｒ
３と、第２のコンデンサＣ２に対する充電抵抗Ｒ，４１
と、上記第２のコンデンサＣ２に並列接続された放電抵
抗Ｒ４２とからなり、上記充電抵抗Ｒ３の入力端は半波
整流回路（＋）の出力端（５）に接続されるとともに、
上記再充電抵抗Ｒ３とＲ４＋に接続された平滑コンデン
サｃ、、ｃ２および放電抵抗１（４，Ｌの他端は接地さ
れている。

上記演算増幅器Ｍの帰還ループに挿入されている帰還抵
抗Ｒ２は、平滑回路（２）を構成する充電抵抗Ｒ３，Ｒ
４，および放電抵抗Ｒ４λの抵抗値に比較して十分に大
きく設定されており、このように抵抗Ｒ２の抵抗値を大
きく設定することにより、コンデンサＣ１の充電電荷が
、充電抵抗Ｒ３８よび帰還抵抗Ｒ２を介して、演算増幅
器Ｍの反転入力　□端子に放電されるのを十分に小さく
するためである。

上記平滑回路における充電抵抗Ｒ３に対する充電抵抗Ｒ
４１と放電抵抗Ｒ４２の和との比（Ｒ，、＋Ｒ匂）／Ｒ
３を３．５〜４．５に設定し、かっＲ４，≧Ｒ４２に設
定する。ここで、第２のコンデンサＣ２は、Ｒ４１≧Ｒ
４ユの条件下において、第１のコンデンサＣ２に比較し
てその平滑作用が小さく、上記各抵抗Ｒ４４の両端に生
じる出力電圧のリップル除去にのみ有効なものである。

したがって、以下の説明においては、第２のコンデンサ
Ｃ２の作用を省略して記載する９ つぎに、上記構成の動作について説明する。

まず、入力端子（４）に正弦波の交流電圧ｅ、すなわち ｅ＝（丁ＥＳｉｎ　Ｏ１１ｅ　ｅ（１）ただし、Ｅは正
弦波交流電圧ｅの実効値を入力した場合、半波整流回路
（１）の出力端（５）には、第２図に示すような半波整
流電圧ｅ１が発生する。この半波整流電圧ｅ１は充電抵
抗Ｒ３，Ｒ４１、放電抵抗Ｒ４，および平滑コンデンサ
ｃｌ、ｃ２からなる平滑回路（２）で平滑され、平滑コ
ンデンサＣ１の両端の電圧Ｅｃは第２図のように、区間
Φ１〜Φ２において平滑コンデンサｃ１への充電区間、
区間Φ２〜（２π＋Φｌ）において放電区間である。上
記充電区間における充電電荷をＱａ、放電区間における
放電電荷をＱｂとし、前記帰還抵抗Ｒ２への放電を無視
すると、上記各電荷Ｑａ、Ｑｂはそれぞれ次の（２）　
、（３）式で表わされる。

・・・（２） ただし、Ｒ４＝Ｒ４４＋Ｒ４１ ・・拳（３） 上記平滑回路（２）の動作が定常状態になれば。

充電電荷Ｑａと放電電荷Ｑｂが等量になるので、上記（
２）、（３）式から次の（４）式が成立する。

つぎに、上記平滑コンデンサＣ，の容量を適正し に設定し、電圧Ｅｃの含有リップルが差４つかえない程
度に小さくなるようにすると、第２図に示す電圧Ｅｃは
、第３図に示すようにフラットな直線として表わし、以
下の解析に用いることができる。

すなわち、（３）式において、近似的にΦ１−Φ、Φ２
＝　（π−中）　１１ｅ・（５）とおくことが可能であ
る。

上記（５）式を（４）式に代入すると、次の（８）式が
得られる。

・　・　・　（６） この（６）式より次の（７〕式が得られる。

すなわち、 ・・・（７） よって、（７）式より、次の（８）式が得られる。

Ｅｃ＝ ・・・（８） 入力電圧ｅは正弦波交流であるから、 ｅ　（＝　ＪＴ　Ｅ　Ｓｉｎ　θ　−−−（１１）を上
記（８）式に代入すると、次の（１１）式が得られる。

また、（９）式より。

Ｅ　ｃ　＝　（Ｔ　Ｅ　ＳｉｎΦ　−−−（１２）が成
立する。

一般的に、入力電圧の波形が歪む場合、矩形波もしくは
三角波に近似できる波形になることが多い。したがって
、入力電圧ｅが同じ実効値の正弦波および三角波の場合
において、それぞれの平滑コンデンサＣＩの両端の電圧
Ｅｃをめ、これらが等しくなる条件をめて定数を設定す
れば、歪み波形による誤差が軽減されることになる。

［１］入力電圧が矩形波（波形率ｌ）の場合この場合、
半波整流電圧ｅ１および平滑コンデンサＣ１の両端の電
圧Ｅｃは第４図に示すようになる。

上記（８）式において、ｅｌ＝Ｅ、Φ＝Ｏを代入する。

Φ・・（１３） ［２］入力電圧が三角波（波形率１．１５５）の場合こ
の場合、半波整流電圧ｅ１および平滑コンデンサＣ１の
両端の電圧Ｅｃは第５図に示すようになる。

第５図のような三角波を数式で表わすと、次の（１４）
式で表わされる。

・・・（１４） ・・・（１５） いま、Φ＝Φ１とし、またｅｌにつき上記（１４）およ
び（１５）式を用いて、（８）式を表わせば、Ｅｃ が得られる。

また、θ＝Φｌのとき、 ｅ　１＝　Ｅｃ　＝　Ｆ了ｅ−Ｅ　＊Φ、　＊、ｚ（１
？）π が成立する。

つぎに、（ＩＢ）　、　（１７）式よりΦ１　をめる。

この（１８）式をΦｌに関して整理すれば、４Ｒ，Φ１
−４π（Ｒ４＋２Ｒ３）Φｌ＋π　Ｒ４＝０ よって、 ＠拳・（１８） ここで、 π −〉ΦＩ＞ｏ　・・φ（２２） よって、（１８）式は次の（２３）式となる。

Φｌ 拳・会（２３） この（２３）式を（ｔｅ）式に代入すると、次の（２４
）式が得られる。

・・・（２４） つぎに、入力電圧が矩形波の場合と、三角波の場合にお
ける電圧Ｅｃが同じとなるように、（１３）式と（２４
）式が等しくなるときの条件をめる。すなわち、（１３
）式と（２４）式より次の（２５）式が得られる。

＋１Φ・（２５） この（２５）式をＲ４について整理すると、次の（２６
）式が得られる。すなわち、（２５）式より、。

（２−汀）ＲＳ；２（３−２５）Ｒ３Ｒ４＋２（３−２
ｖ’ｒ）Ｒ３＝　０ここで、 ２汀−３＜Ｈ］「石、２Ｊｎ−３＞０゜Ｒ３＞　０　、
　Ｒ４＞　Ｏであるから、（２６）式は次の（２７）式
となる。すなわち、 磯４．２７５Ｒ３−−−（２７） つＲ３とＲ４の関係を前記（２７）式のように設定すれ
ば、入力電圧が矩形波のときと、三角波のときに、平滑
コンデンサｃｌの両端の電圧Ｅｃはそのいずれの場合で
も一致する。

いま、（２７）式を（１３）式に代入して電圧Ｅｃをめ
れば、次の（２８）式が得られる。

、０　、６８１Ｅ　・・・（２８） つぎに、入力電圧が正弦波のときにおける電圧ＥＣにつ
き、（２７）式を（１１）式に代入してめれば、次の（
２９）式が得られる。

この（２８）式と前記（１２）式より、次の（３０）式
が得られる。

よって、 ・・・（３０） −ンΦ〉０の範囲で上式を解くと、 Φ＝０　．５０７５　（＝２９　．０８　°）となる。

これを（１２）式に代入してＥｃをめる。

Ｅｃ　＝　汀ＥＳｉｎ　（２９、０８°）＝０．６８７
Ｅ　・・Φ（３１） （２８）式と（３１）式とを比較すると、拳・・（３２
） 程度の差異がある。

以上のように、演算増幅器Ｍの帰還ループに挿入される
帰還抵抗Ｒ２を抵抗Ｒ３およびＲ４に比較して十分に大
きく設定するとともに、抵抗Ｒ３とＲ４の関係を前記（
２７）式のように設定すれば、入力電圧が正弦波、矩形
波および三角波の各場合における平滑電圧ＥＣは０．８
７％程度の誤差しか発生しないことがわかる。

また、実験の結果によれば、上述の条件を満足するよう
に定数を設定したとき、第３高調波を１５％程度含有し
た場合にも誤差は１％以下におさめることができた。

さらに、抵抗Ｒ３とＲ４の関係をＲ４／Ｒ３”３．５〜
４．５に設定した場合も十分実用に耐えることが確認さ
れた。また、抵抗Ｒ４１とＲ４２の関係については、Ｒ
４１≧５Ｒ４□を満足する条件において良好な性能が得
られた。

【発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、歪みのある入力交流
電圧や電流の実効値に近似的に比例した直流を出力する
ことができる実効値トランスデユーサを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による実効値トランスデユーサの電気
回路図、第２図ないし第５図は第１図の動作を説明する
ための波形図である。 （１）・・・半波整流回路、（２）・・・平滑回路、（
４）・・・入力端子、Ｍ・・・演算増幅器、Ｒ１・・・
入力抵抗、Ｒ２・・・帰還抵抗、Ｒ３，Ｒ４，・・・充
電抵抗、Ｒ４Ｊ・・・放電抵抗、Ｄ、、Ｄ２・・・ダイ
オード、ＣＩ・・・納１の平滑コンデンサ、Ｃ２・・・
第２の平滑コンデンサ。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 第４図 第５図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　特願昭５９−０９９８３３号２、発明
の名称 実効値トランスデユーサ ３、補正をする書 代表者片山仁へ部 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 （１）　明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に帰
   還抵抗Ｒ２とダイオードとの並列回路を接続するととも
   に上記反転入力端子に入力抵抗を介して交流入力を受け
   る半波整流回路と、この半波整流回路からの半波整流出
   力を平滑する第１および第２の平滑コンデンサとこれら
   平滑コンデンサに対する充電抵抗Ｒ３とＲ４１並びに放
   電抵抗Ｒｕからなる平滑回路とを備え、上記演算増幅器
   の非反転入力端子および平滑回路の第１．第２の平滑コ
   ンデンサと放電抵抗Ｒ４λの他端をアース電位に保持す
   るとともに、上記平滑回路における充電抵抗Ｒ３に対す
   る充電抵抗Ｒ４Ｉと放電抵抗Ｒ４１の和との比（Ｒ４１
   ＋Ｒ４之）／Ｒ３を３．５〜４，５に設定し、かつＲ４
   １≧５Ｒ４１に設定し、さらに上記演算増幅器の帰還抵
   抗Ｒ２の抵抗値を上記各抵抗Ｒ３＋Ｒ４＋およびＲ４ａ
   に比較して十分に大きく設定したことを特徴とする実効
   値トランスデユーサ。