Универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь напряжения Российский патент 2024 года по МПК H03K3/13 

Изобретение относится к прецизионной импульсной электронике и может использоваться в электронных системах автоматического управления, в телекоммуникационной аппаратуре и измерительной технике, когда время-импульсный преобразователь должен не только выполнять заданное преобразование входного сигнала в частоту, временной интервал или в скважность следования выходных импульсов, но и обеспечивать гальваническую развязку выхода преобразователя от приемника результата преобразования.

Это свойство универсального время-импульсного преобразователя требуется в электронных системах, предназначенных для управления сложными техническими процессами, к которым предъявляются высокие требования к защищенности электронных элементов (и даже обслуживающего персонала) от аварийных ситуаций, таких как, например, электрические повреждения во внешних электрических высоковольтных цепях, накопление в предгрозовой атмосфере избыточного статического электричества.

Известен время-импульсный универсальный интегрирующий преобразователь напряжения [патент на изобретение РФ №2689805, 29.05.2019], состоящий из интегратора, компаратора, четырехканального аналогового коммутатора и двух повторителей напряжения, каждый из которых может функционировать как инвертирующий, так и неинвентирующий повторитель напряжения в зависимости от состояния компаратора и управляемого им аналогового коммутатора таким образом, чтобы при установлении отрицательного порога срабатывания первым входным напряжением интегрированию подвергалось второе неинвертированое входное напряжение, а при установлении положительного порога срабатывания компаратора инвертированным первым входным напряжением интегрировалось инвертированное по полярности второе входное напряжение.

Этот время-импульсный интегрирующий преобразователь предназначен для выполнения преобразования частотного от деления двух входных напряжений в частоту следования выходных импульсов и их длительность.

Наиболее близким по технической сущности (схемотехнике и принципу действия) к заявленному универсальному время-импульсному интегрирующему преобразователю напряжения является универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь с функцией широтно-импульсной модуляции [патент на изобретение РФ №2731601, 04.09.2020], отличающийся от вышеназванного известного преобразователя тем, что в схему введен вход с целью выбора функции преобразования: если две клеммы этого входа разомкнуть, то осуществляется преобразование входного напряжения и частного от деления двух входных напряжений в частоту следования выходных импульсов или в их длительность (период), если же две клеммы замкнуты перемычкой, то выполняется широтно-импульсная модуляция входного напряжения или частного от деления двух входных напряжений.

Недостатком известных универсальных время-импульсных интегрирующих преобразователей является отсутствие гальванической развязки на выходе преобразователя.

К недостатку известных схем универсальных время-импульсных преобразователей следует отнести неопределенное состояние импульсного диода, смещенного в прямом направлении, так как не задан его прямой ток, что обуславливает низкочастотное дрожание во времени выходного импульсного напряжения - джиттер.

Задачей изобретения является осуществление гальванической развязки между выходом преобразователя и приемником результата преобразования входных сигналов за счет использования оптического или радиоканала передачи информации и исключения джиттера.

Технический результат - расширение областей использования универсального время-импульсного интегрирующего преобразователя (УВИИП), значительное увеличение его надежности за счет применения гальванической развязки электронной схемы от приемника результата преобразования входного сигнала.

Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет включения на выходе УВИИП нагрузочного резистора и модулятора светового потока (видимого или инфракрасного спектра) или радиосигнала высокой частоты, состоящего из повторителя напряжения на полевом транзисторе с изолированным затвором и открытым истоком, к которому подключается полупроводниковый источник светового потока или радиочастотный генератор, а получатели результата время-импульсного преобразования имеют, соответственно, фотопреобразователь, или радиоприемник.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами на фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1 представлена структурная схема УВИИП, в которой не раскрывается электронная схема преобразователя входных сигналов, так как УВИИП по схемотехнике и принципу действия идентичен выше названным известным преобразователям и выполняет такие же преобразования входных сигналов в выходное импульсное напряжение. В этой структурной схеме полевой транзистор VT1 с изолированным каналом n-типа нагружен фотоизлучателем в видимом спектре, например, полупроводниковым лазером, или излучающим диодом инфракрасного диапазона VD1. Резистор R1 необходим для фиксации минимально необходимого прямого тока импульсного диода УВИИП. Резистор R2 служит для фиксации оптимального тока оптического излучателя.

В данном варианте реализации гальванической развязки УВИИП от приемника результата преобразования входного сигнала может использоваться оптоволоконный кабель для оптической связи преобразователя с приемником, на входе которого должен включаться фотодиод или фототранзистор.

На фиг. 2 показан вариант выполнения гальванической развязки УВИИП от приемника информации посредством модулированного радио-частотного излучения, генерируемого высокочастотным (десятки-сотни МГц, ГГц) генератором на туннельном диоде VD1. Резистор R2 необходим для задания напряжения на диоде VD1, большего, чем напряжение, соответствующее пику прямого тока туннельного диода, но меньшего, чем прямое напряжение, соответствующего впадине вольт-амперной характеристики выбранного типа генераторного туннельного диода. Требуемая частота радиоволны устанавливается настройкой резонансного контура L1C1. Если расстояние между генератором радиочастотного излучения и радиоприемником получателя результат преобразования УВИИП превышает несколько метров, то генератор и радиоприемник можно оснастить антеннами, как показано на фиг. 2.

Резистор R1 служит для фиксации минимально необходимого прямого тока диода УВИИП, чтобы он положительным выходным импульсом гарантированно смещался в прямом направлении.

Итак, заявленный универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь напряжения имеет высококачественную гальваническую развязку выхода от приемника результата преобразования входного напряжения и защиту от джиттера.

Изобретение относится к прецизионной импульсной электронике. Технический результат - расширение областей использования универсального время-импульсного интегрирующего преобразователя (УВИИП), увеличение его надежности за счет применения гальванической развязки электронной схемы от приемника результата преобразования входного сигнала. Он достигается за счет включения на выходе УВИИП нагрузочного резистора и модулятора светового потока (видимого или инфракрасного спектра) или радиосигнала высокой частоты, состоящего из повторителя напряжения на полевом транзисторе с изолированным затвором и открытым истоком, к которому подключается полупроводниковый источник светового потока или радиочастотный генератор, а получатели результата время-импульсного преобразования имеют, соответственно, фотопреобразователь, или радиоприемник. 2 ил.

Универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь напряжения, состоящий из интегратора, компаратора, двух повторителей напряжения, каждый из которых может функционировать в режиме как инвертирующего, так и неинвертирующего повторителя напряжения в зависимости от состояния компаратора, и четырехканального коммутатора, отличающийся тем, что на выходе преобразователя включен нагрузочный резистор и модулятор светового потока или генератор радиосигнала высокой частоты, состоящий из повторителя напряжения на полевом транзисторе с изолированным затвором и открытым истоком, к которому подключен полупроводниковый источник светового потока или радиочастотный генератор, дополнительный резистор, подключенный между полевым транзистором и полупроводниковым источником светового потока или радиочастотным генератором на туннельном диоде, необходимый для фиксации оптимального тока оптического излучателя или задания напряжения на диоде, а требуемая частота радиоволны устанавливается настройкой резонансного контура, подключенного между точкой соединения дополнительного резистора с радиочастотным генератором на туннельном диоде и антенной, при этом получатели результата время-импульсного преобразования имеют, соответственно, фотопреобразователь или радиоприемник.