JPS6175268A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、歪みのある入力交流電圧やＴＬａの実効イ
４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。

［従来の技術］ 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。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記のような計器はその目盛間隔が均等でなく、また！
！！造にあたって目盛間隔のばらつさが発生するために
、印刷目盛板が使用できない等の欠点があった。また、
２乗回路、積分回路、開閉回路などを具備した実効値回
路はその回路構成が複雑でかつ高価であるなどの欠点が
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。

この発明は上記のような５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
ユーサを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための子役］ この発明による実効値トランスデユーサは、第１の演算
増幅器の反転入力端子と出力端子との間にダイオードを
接続してなる半波整流回路と、この半波整流回路からの
半波整流出力を平滑する充電抵抗Ｒ１と平滑コンデンサ
および放電抵抗Ｒ２からなる平滑回路と、この平滑回路
の放電抵抗Ｒ２を入力抵抗としかつ第２の演算増幅器の
反転入力端子と出力端子との間に＄＃コ抵抗と積分コン
デンサとを並列接続してなる積分回路とを備え、上記第
１．第２の演算増幅器の各非反転入力端子およびト滑回
路の平滑コンデンサの他端をアース電位に保持して構成
されている。

［作用］ を記平滑回路における充電抵抗Ｒ１に対する放電抵抗Ｒ
２の比Ｒ２／Ｒ１を３．５〜４．５に設定するとともに
、上記各抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の抵抗（ダｉを＋ｉｉ
＋記第１の演算増幅器の人力インピーダンスに比較して
十分に小さく設定することにより１人力上圧が正弦波、
矩形波および三角波の各場合における平滑電圧は０．８
７％程度の誤差しか発生しないことがわかった。

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、充電抵抗Ｒ１と放電抵抗Ｒ２の関係をＲ２／Ｒ
１＝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。

つぎに、上述のようにして得られた平滑電圧は第２の演
算増幅器を主とする積分回路で十分にリップル除去され
、かつ平滑電圧に対して放電抵抗Ｒ２および帰還抵抗Ｒ
３によりゲイン−Ｒ３／Ｒ２で出力される。

さらに、上記平滑回路を構成する充電抵抗Ｒ１および放
電抵抗Ｒ２の抵抗値を第１の＠３Ｉ増輻器の入力インピ
ーダンスに比較して十分に小さく設定することにより、
平滑コンデンサＣＩの充電′１ｒＬ荷が演算増幅器の反
転入力端子に放電されるのを十分に小さくすることがで
きる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である０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ｌＩＩ！ｆｉ！ｆＩｔ電圧を平滑す
る平滑回ｙδ、（３）はこの平滑回路で平滑された電圧
の変動を除去して直線性のよい実効値をもった直流出力
電圧に変換する積分回路である。

Ｍ＋は第１の演′ｎ増幅器で、この演算増幅器Ｍｌにお
ける出力端（５）にダイオードＤ１が接続されるととも
に、このダイオードＤ１を介して上記出力端（５）が演
算項＃Ｊ器Ｍ＋の反転入力（負）端子（４）に接続され
ている。また、上記演算増幅器Ｍ！における非反転入力
（正）端子は接地されること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、平滑コンデンサＣＩ　と、このコン
デンサＣ１に対する充電抵抗Ｒ１と、上記コンデンサＣ
１の充電電荷を放電させる放電抵抗Ｒ２とからなり、上
記充電抵抗Ｒ１の入力端は半波整流回路（１）の出力端
（５）に接続されるとともに、上記両抵抗Ｒ１とＲ２と
の接続点に接続され　　　゛た平滑コンデンサＣ１の他
端は接地されている。

上記平滑回路（２）を構成する充電抵抗Ｒ１および放′
ｌｔ抵抗Ｒ２の抵抗ｆ１は：１Ｉｊｌの演算増＠器Ｍ１
の入力インピーダンスに比較して十分に小さく設定され
ており、このように各抵抗の抵抗イ１を小ざ〈設定する
ことにより、コンデンサＣ１の充電電荷が、充゛Ｉ［ｉ
、抵抗Ｒ１を介して第１の演算増幅器Ｍｌの反転入力端
子に放電されるのを十分に小さくすることができる。

Ｍ２は第２の演算増幅器で、この演算増幅ＷＭ２におけ
る反転入力（負）端子は、放電抵抗Ｒ２の他端における
平滑回路（２）の出力端（６）に接続されるとともに、
帰題抵抗Ｒ３および積分フンデンサＣ２の並列回路を介
してその演算増幅ＷＭ２における出力端子（７）に接続
されている。また。

上記演算増幅器Ｍ２における非反転入力（正）端子は接
地されている。これら第２の演算増幅器Ｍ２、帰還抵抗
Ｒ３および積分コンデンサＣ２によって積分回路（３）
が構成されている。

上記＠ｒＸ増幅器Ｍ２における非反転入力（正）端子を
接地して、第２の演算増幅器Ｍ２のオープンループゲイ
ンを無限大にすると、この演算増幅器Ｍ２における非反
転入力端子の電位はアース屯位、つまり零電位となる。

Ｓ実、この演算増幅器Ｍ２は、一般的にオープンループ
ゲインが１０倍以上あり、第１図のように構成された演
算増幅器Ｍ２の非反転入力端子の電位はアース電位、つ
まり零電位と考えて差しつかえない。

すなわち、第１図の回路において、充電抵抗Ｒ１、放電
抵抗Ｒ２および平滑コンデンサＣ１から構成される平滑
回路（２）における上記放電抵抗Ｒ２の他端、つまり、
平滑回路（２）の出力端（８）はアース電位、すなわち
零電位であるとしてこの平滑回路（２）の動作を考えれ
ばよい、また、平滑された電圧Ｅｃは第２の演算増幅Ｗ
Ｍ２をもった積分回路で十分にリップル除去され、出力
端子（７）に置板出力電圧が得られるが、この積分回路
の直流ゲインは電圧Ｅｃに対して−Ｒ３／Ｒ２となる。

つぎに、上記構成の動作について説明する。

まず、入力端子（３）に正弦波の交流電圧ｅ、すなわち ｅ　４ＥＳｉｎ　　Ｏ＠　　＠　　＠　　（１）を印加
する。

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ｇ！流流路路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ｅｌは充’ｒｔｔ抵抗Ｒ１，Ｒ２１、放電抵抗Ｒ
２２および平滑コンデンサＣ１，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Ｅ
ｃは：ｉＳＺ図に示す波形となり。

この電圧波形における区間φ１〜Φ２は平滑コンデンサ
Ｃ１への充電区間であり１区間φ２〜（２π＋φ１）は
その放電区間である。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、前記演算
増幅！１Ｍの反転久方端子（４〕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。

・・Φ（２） ただし、Ｒ２＝　Ｒ２１＋　Ｒ２２ ・・・（３） １記平滑回路（２）の動作が定常状態になれば。

充゛屯電荷Ｑａと放電電荷Ｑｂが？ｐ量になるので。

上記（２）、（３）式から次の（４）式が成立する。

つざに、上記平滑コンデンサＣＩの容量を適正に設定し
、゛重圧Ｅｃの含有リップルが差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され、以下の解
析に用いることができる。

すなわち、（４）式において、近似的にΦｌ＝Φ、Φ２
：　（π−中）　　　・・−（５）とおくことが６丁能
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。

この（６）式より次の（７）式が得られる。

すなわち。

よって、（７）式より、次の（８）式が得られる。

Ｅｃ＝ 入力電圧ｅは正弦波交流であるから。

ｅ　ｌ　＝、／ＴＥＳｉｎ　Ｏ・・・（９）を上記（８
）式に代入すると、次の（ｌＯ）式が得られる。

Ｅｃ＝ 拳・拳（１０） また、（９）式より、 Ｅ　ｃ　　＝　＃Ｅ　Ｓｉｎ　　φ　　　　　　　　−
−−（ＩＩ）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
、入力端子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Ｃ１の両端の電圧
Ｅｃを求め、これらが等しくなる条件を求めて定数を設
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！１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。

丑記（８）式において、ｅｌ＝Ｅ、Φ＝０を代入する。

［２］入力電圧が三角波（波形率１．１５５）の場合こ
の場合、半波整ｔｌｉ、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１次の（１３）
式、（目）式で表わされる。

・・・（１３） ・・・（１４） いま、φ＝φ１とし、またｅｌにつき上記（１３）およ
び（ロ）式を用いて、（８）式を表わせば。

ｅ が得られる。

また、０；Φ１のとき。

ｅ　Ｉ　＝　Ｅｃ　＝（’；・−Ｅ　・φｌ　　　　・
−−（１６）が成立する。

つぎに、（１５）　、　（＋６）式よりφ１を求める。

この（１７）式をΦｌに関して整理すれば。

４Ｒ２φｌ−４π（Ｒ２＋２Ｒ１）Φ工＋π　Ｒ２＝０ よって。

・　ａ　番　（１８） ここで。

π／２〉φ１　〉０　　　　　　　　　　＠　・　・　
（２１）よって、　（ＩＩＩ）式は次の（２２）式とな
る。

φ　１ ・・・（２２） この（２２）式を（１５）式に代入すると１次の（２３
）式が得られる。

・　・　−（２３） 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、（１２）式と（２３
）式が等しくなるときの条件を求める。すなわち、　（
＋２）式と（２３）式より次の（２４）式が得られる。

・　・　・　（２４） この（２０式をＲ２について整理すると１次の（２５）
式が得られる。すなわち、（２０式より。

（２−、／Ｔ）Ｒ２”　＋２（３−２Ｖ’Ｔ）ＲＬＲ２
＊２（３−２８）Ｒｒ＝　Ｑここで。

２Ｂ　−３＜　５百、　２．／Ｔ　−３＞　０　、　Ｒ
１＞０、Ｒ２＞Ｏであるから、（２５）式は次の（２Ｂ
）式となる。すなわち、 ζ４．２７５Ｒ１、・−（２Ｂ） この（２６）式から明らかなように、上記各抵抗Ｒ１、
Ｒ２１およびＲ２２の抵抗値を前記演算増幅器Ｍの入力
インピーダンスに比較して十分に小ざく設定し、かつ抵
抗Ｒ１とＲ２の関係を前記（２８）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Ｃ１の両端の電圧Ｅｃはそのいずれの場合
でも一致する。

いま、　（２Ｂ）式を（１２）式に代入して電圧Ｅｃを
求めれば、次の（２７）式が得られる。

＝０．６８１Ｅ　　　　　　　　・−・（２７）つぎに
、入力電圧が正弦波のときにおける電圧ＥｃにつＪ、（
２８）式を（ｌＯ）式に代入して求めれば、次の（２Ｂ
）式が得られる。

この（２Ｂ）式と前記（１１）式より１次の（２３）式
が得られる。

よって。

・拳・（２３） π／２〉Φ〉Ｏの範囲で１式を解くと。

φ″９０．５０７５　（＝２９．０８　’）となる。

これを（１１）式に代入してＥｃを求める。

Ｅｃ　　＝　　／Ｔ　ＥＳｉｎ　　（２９、０８°）′
、０．ｓａ７ｇ　　　　　　　　・−・（３０）（２７
）式と（３０）式とを比較すると、・　・　・　（３Ｉ
） 程度の差異がある。

以上のように、上記各抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を前記演
算増幅２１Ｍの入力インピーダンスに比較して十分に小
さく設定するとともに、抵抗Ｒ１とＲ２の関係を前記（
２Ｂ）式のように設定すれば、入力端子が正弦波、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、充電抵抗Ｒ１と放電抵抗Ｒ２の関係をＲ２／Ｒ
１＝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。

つぎに、上述のようにして得られたｆ滑電圧ＥＣは５ｉ
［算増幅器Ｍ２を主とする積分回路で十分にリップル除
去され、かつ平滑電圧Ｅｃに対して放電抵抗Ｒ２および
帰還抵抗Ｒ３によりゲイン−Ｒ３／Ｒ２で出力される。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、企みのある入力文ｙ
ｉ、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】

：ｔＳ１図はこの発明による実効ｆ１１１ｉ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、（
３）・・・積分回路、（４）・・・入力端子、Ｍｌ・・
・第１のｙ４３Ｅ増幅器、Ｍ２・・・第２の演３Ｉ増幅
器、Ｒ１・・・充電抵抗、Ｒ２・・・放電抵抗、Ｒ３・
・・帰還抵抗、０１・・・ダイオード、ＣＩ・・・平滑
コンデンサ、Ｃ２・・・積分コンデンサ。 なお１図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との
   間にダイオードを接続してなる半波整流回路と、この半
   波整流回路からの半波整流出力を平滑する充電抵抗Ｒ１
   と平滑コンデンサおよび放電抵抗Ｒ２からなる平滑回路
   と、この平滑回路の放電抵抗Ｒ２を入力抵抗としかつ第
   ２の演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に帰還
   抵抗と積分コンデンサとを並列接続してなる積分回路と
   を備え、上記第１、第２の演算増幅器の各非反転入力端
   子および平滑回路の平滑コンデンサの他端をアース電位
   に保持し、上記平滑回路における充電抵抗Ｒ１に対する
   放電抵抗Ｒ２の比Ｒ２／Ｒ１を３．５〜４．５に設定す
   るとともに、上記各抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の抵抗値を
   前記第１の演算増幅器の入力インピーダンスに比較して
   十分に小さく設定したことを特徴とする実効値トランス
   デューサ。