Устройство для сравнения напряжений Советский патент 1983 года по МПК G05B1/01 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к автоматическому управлению и цифровой измерительной технике и может быть использовано в устройствах сравнения постоянных и переменных напряжений аналого-цифровых преобразователей, в регуляторах напряжения, широтно-импульсных модуляторах и цифровых измерительных приборах.

Известны устройства для сравнения напряжений, содержащие блок управления, выход которого соединен непосредственно с первым входом первого триггера, а через генератор линейно изменяющегося напряжения с первым входом компаратора, выход которого подключен к второму входу первого триггера LllНедостатками данных устройств являются низкая точность и малая надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для сравнения напряжений, содержащее блок управления, выход которого соединен непосредственно с вторым входом второго триггера, а через генератор линейно изменяющегося напряжения - с первым компаратором, выход которого подключен к

второму входу первого триггера, первый и второй ключи, выходы которых соединены с входом компаратора, а вторые входы - с выходом первого триггера. Причем на первый вход данного устройства подается сумма напряжений / а на второй U, Таким образом ..на выходе устройства формируется импульс, длительность

10 которого равна ( Ugn + U , т.е. абсолютной величине одного из выходных напряжений, в зависимости от того, на какой из входов они поданы. Отсюда следует, что данное уст15ройство выполняет функцию не сравнения двух уровней постоянного на-, пряжения, а определения одного из них. Далее сигналы на входах логического элемента И находятся в проти20вофазе, а значит, получить на выходе устройства импульс, пропорциональный и , не представляется возможньам. Для нормал.ъной работы в начальный момент времени триггер необходимо 25 установить в единичное состояние 2.

К недостаткам данного устройства относятся его низкая надежность ипомехозащищенность,

Цель изобретения - повышение на30дежности, помехозащищенности и расгиирение Фуик1и;оиалы1их ,i Kiioi-xeft устройства. Поставленная цель лостшмится тем, что в устройство для сравн(М1Ия напр5шений, содержащее задаю ций генератор прямоу ).-.1х импульсов, связанный вь,1ходом нелтосредственно с входом установки в нуль iei)ijoro триггера и через roiieiJaTop пилообразного напряжени) с неимверсным вх дом компаратора, выхояз. которого через со1ласую1цее звено подключен к счетному входу первого тригчера, ис точники опорного и измеряемОГО на прялсений , подключенные через коммут ционные цепи соответственно первого и второго ключей к инверсному входу компаратора, а управляющие входы уп мянутых ключей соответстве.чно к пря мому и инверсному BL-XOJUIM Bjvjpoio триггера, первую а вторук; трехвходо вые логические схемы сравнения, пер вые входы которых соо7,ве1ствен1 о по ключены к прямому и инверсному вых дам второго триггера, нторые входы объединены и подключо-Ц; к г:рямому выходу первого триггера, и ;;)лем.еьгт задержка:, выполнегицлк , наг ример, в виде R5-триггера я ло1ическо1о элемента И-КЕ, выход которого соединен с входом установки в нуль RS-тригге И является выходом эдемента задержк первым входом которого является вхо устансузки в еддиницу R5 -и-риггера,, а вторым входом - второГ вход логичес кого элемег;та И-НЕ, первый вход которого соединен с прямьт1 выходом R5 -триггера, введены логический элемс-iiT КЕ, вход которого сое,1;инен с выходом согласующего звена, а выход - с третьими входами первой и второй схем сравнения, и у:1ущий мультивибратор, вход которого подключен к задающего генерато а выход - к первому входу элемента задержки, второй вход соединен с вы ходом согласующего звена, а выход со счетным входом второго триггера. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства ддя сравнения напряжений/ на фиг. 2 временные ди аграммы, поясняюигие его работу. Устройство содержит задающий генератор 1 прямоугольных импульсог} генератор 2 пилообразного напряжения компаратор 3, первый 4 и вто1.юй 5 ключи, первЕлй б и второй 7 триггеры Л причем второй триггер представляет собой двухтактный асинхронный Ттриггер, первый унйвероальнь;й Зк-триггер), элемент 8 задержки, в состав которого входят дБухтакт - ый RS -триггер 9 и логичесьий эле:мент 10, логический элемент НЕ 11, первую 12 и вторую 13 логические схемы сравнения, согласующее звено 14 и ждупий мультивибратор 15. Ус .(jj-icTb;.; tJafjOiciOT с;1еду}ош,им cjupaiioM. Импульсом С/ц с rtJiiepai-opa 1 заГ1ускается генератор- 2 пилообразного н,лрнже}1ия, трштер 7 по входу установки в нуль р устанавливается в нулевое состояни.е Q О, импульсом и, со ждущего мультивибратора 15 TiJHrrei:) 9 по входу установки в единицу S устанавливается в единичное состояние Q 1. Рассмотрим случаи , когда измер.кемое напряи;ение Ux bojn.me опорного U, (U U ; , приiCM (JQ,-| И УХ могут быть любой поляи1юсти. Пусть трихгер 6 в момент подачи на схему напряжения питания установился в единичное состояние, т.е. Q 1. Единичным сигналом с прямого выхода триггера 6 первый 4 ключ откроется, а BTOPOI-J 5 закроется. При JTO.M на иь1версный вход компаратора 3 поступает опорное напряжение (JQ,-, , с1 на его пе11нверсный вход с reiiepaTopa 2 поступает напряжение Urj В момент равенства этих напряжений сосггоя1- ие на выходе компаратора 3 изменит полярность с отрицательной на положительную (т.е. образуется положиаельный перепад напряжения . Поскольку логические элементы требуют положительного входного напряжении, отрицательные импульсы (J на выходе компаратора подавляются при 1ОМО1ци согласующего звена 14, так как на втором входе логического элемента И-ИЕ 10 присутствует сиг:i iji логической единицы с прямого л,хода триггера 9, образованный на ;/ь;ходс- компаратора положительный перепад напряжения Ц инвертируется и образованным при этом на выходе элемента И-НЕ 10 отрицательным перепадом напряжения триггер 6 по счетному входу С, а триггер 9 по кходу R устанавливаются в нулевые состояния, тем самым закрывая сигналом логического нуля элемент И-НЕ 1C и первый ключ 4, открывая сигналом Q 1 второй ключ 5. Через отк-рывшийся ключ 5 на инверсный вход компаратора поступает измеряемое напряжение ,, так как величина напряжения пилообразной формы (НПФ) iia прямом входе компаратора еще не достиг-ла уровня Ux / состояние на его выходе снова станет отрицательным. Полученным отрицательным перепадом напряжений ( ° счетному входу первый триггер 7 переключится i единичное состояние: Q 1. В момоьгг, когда ьходные напряжения компаратора 3 станут равными, образуется положительный перепад напряжения. Через некоторое время на учасТ КС обратного хода НПФ вновь станет равн|,м (J- и состояние на выходе компаратора изменится на отрицательное. Таки: образом, за время прямого и обратного хода НПФ на выходе согласующего звена образуются два импульса положительной полярности и разной длительности, интервал С меж ду передними фронтами которых пропорционален разности входных напряжений Ux и UOI-L Следует отметить, что триггер 7 в момент поступления второ1о импульса и о с генератора вновь п-ереключится в нулевое состояние, и нулевой потенциал U на его R входе во время обратного хода НПФ не позволит изменить состояние данного триггера по счетному входу вторым отрицательным перепадом сигнала U, компаратора 3 по счетному входу С. Далее для выделения информационного интервала Т , сигнал с выхода согласующего звена 14 через логический элемент НЕ 11 поступает на третьи входы схем 12 и 13 сравнения, на вторые входы которых приходит сигнал U-J с прямого выхода триггера 7,при этом на первом входе второй схемы 13 сравнения присутствует (J/ логической единицы с инверсного выхода триггера 6. Первая схема 12 сравнения в это время закрыта нулевым сигналом с прямого выхода триггера-6. Таким образом, схема 13 сравнения осуществляет операцию логического умножения и на ее вь,1хо;,е образуется импульс длительностью ТГ равной дли тельности информационного импульса за вычетом быстродействия логического элемента И-НЕ 10, триггера б и ключа 5. Величина полученной задерж ки fj С - т определяет разрешающу способность устройства. При заданной величине разрешения лУ, зная за держку конкретных элементов схемы T можно определить минимальную скорос и Рнарастания НПФ или ее крутизну при которой обеспечивается заданная величина разрешения по формуле и ,та Неодходимо отметить, что наличие задержки ),повышает помехозащищенность устройства, а соответствен ным образом подобранная крутизна НП позволит обеспечить заданную величи разрешения и точность измерений. В следующий период НПФ импульсом ждущего мультивибратора триг гер 9 по ХОДУ S вновь у-станавливается в единичное состояние, открывая сигналом с выхода Q 1 логичес кого элемента И-НЕ 10. Триггер 7 ранее установлен сигналом в нул вое состояние, а триггер 6 находитс в нулевом состоянии Q О, при этом через открытый второй ключ 5 измеря емое напряжение поступает на инвер ный вход компаратора. При достижении НПФ,поступающего на неинверсны вход компаратора 3 величины Ux на выходе компаратора образуется положительный перепад напряжения, который , инвертируясь с помощью логического элемента И-НЕ 10, устанавливает триггеры б и 9 в нулевое состояние. Тем самым закрывается элемент И-НЕ 10, открывается первый 4 и закрывается второй 5 ключи. При этом на инверсный вход компаратора поступает Up Uy состояние при этом на выходе компаратора не изменится, так как величина НПФ больше Ux и тем более (Jgn- Через некоторое время, когда на участке обратного напряжения хода НПФ станет равным Ugni на выходе согласующего звена сформируется задний фронт положительного импульса и , который, однако, не изменит состояния триггера по счетному входу С, так как на время обратного хода НПФ на его входе установки нуля R присутствует нулевой .уровень сигнала с задающего генератора. Следовательно, обе схемы 12 и 13 сравнения в этот период НПФ закрыты нулевым потенциалом U-, с выхода триггера 7. Поэтому состояние на их выходе не меняется независимо от состояния других входов схем 12 и 13 сравнения. В третий период НПФ цикл сравнения аналогичен проведенному в первом. Для случая, когда измеряемое напряжение L/x меньше опорного UQ(Uy U(jf,) работа схемы аналогична с той лишь разницей, что информация о разности входных напряжений снимается с выхода первой схемы 12 сравнения. В начальный момент, когда Uy Uoq О, а также в частном случае, когда и UQ const, на обоих выходах устройства импульс отсутствует, так как положительный импульс 0. образованный в этом случае на выходе согласующего звена, не меняет нулевого состояния триггера 7, поэтому что сигнал Уц с блока управления во время обратного хода НПФ имеет нулевой потенциал, а его присутствие на входе установки в нуль триггера 7 не позволяет изменить состояние на выходе данного триггера. Следовательно, не меняется и состояние на выходе обеих схем сравнения. Технико-экономическая эффектив- . ность изобретения заключается в повышении надежности, помехозащищенности и увеличении числа выполняемых функций устройством для сравнения напряжений за счет переключения первого триггера по счетному входу через элемент задержки, блокирующий цепь управления на время обратного хода НПФ . Формула изобретения Устройство для сравнения напряжеНИИ, содержащее задающий генератор прямоугольн.лх импул1,сов , связанный выходом непосредственно с входом установки в нуль первого триггера и через генератор пилообразного напря жения с неинверсным входом компаратора, выход которого через согласующее звено подключен к счетному входу первого триггера, источники опорного и измеряемого напряжений, подключенные через коммутационные ц пи соответственно первого и BTOPOIO ключей к инверсному входу компаратора, а управляющие входы упомянуты ключей соответственно к прямому и инверсному выходам второго тригге ра , первую и вторую логические схемы сравнения, первые входы которых соответственно соединены с прямым и инверсным выходами второго триггера, вторые входы объединены и подключены к прямому выходу первого триггера, и элемент задержки, выполненный, например, в виде RS-триг гера и логического элеменг а И-НЕ, в ход которого соединен с входом установки в нуль R5-триггера и является выходом элемента задержки, пер BbL---, ьходом которогст является вход устаноБки Б единицу KS -триггера, а }зторыг ; входом - второй вход логического элемента И-НЕ, первый вход котоpoio соединен с прямым выходом R5 три1гера , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, в него введены логический элемент НЕ, вход которого соединен с выходом согласующего звена, а выход - с третьими входами первой и второй схем сравнения, и ждущий мультивибратор, вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход - к первому входу элемента заддержки, второй вход которого соединен с выходом согласующего звена, а выход - со счетным входом второго три1гера. Источники информации, цриьштые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 405104, кл. & 05 В 1/01, 1972. 2./авторское свидетельство СССР К 702341, кл. Г, 05 В 1/01, 1978 ( прототип).