Нуль-орган Советский патент 1983 года по МПК G05B1/01 

(54) НУЛЬ-ОРГАН

.1

Изобретение относится к автоматике, импульсной и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля управления, измерения и сигнализации, в частности при построении аналогс1-1шфровых преобразователей и контрольно-измерительной аппаратуры

. Известен импульсный нуль-орган, ; содержаишй входной и выходной управляемый коммутирующий элемент, импульсный усилитель, пороговый элемент, логический элемент, элемент задержки и блок управления, в состав которого входят специальный генератор тактовых импульсов и блок формирования опорного сигна.1а f 13 .

Однако это устройство имеет пониженную надеялость функшюнирования, обусловленную сложность.ю схемы и большим количеством составных элементов, число которых увеличивается в том случае, когда нуль-орган работает с двухпол1фным входным сигналом.

Устройство усложняется также из-за наличия в нем специального тактового генератора и элементов задержки. У данного устройства ограниченный зон работы, так как у него частота следования выходных импульсов постоянна, и по ней нельзя судить об амплитуде входного сигнала.

Наиболее близким к предлецгаемому изобретению является нуль-орган, содержащий последовательно соединенные коммутирующий элемент, первый пороговый элемент, элемент .

Однако известное устройство не обеспечивает регулирования частоты выходных импульсов при изменении величины рассогласования входного сипнала и опорного уровня, кроме того, в устройстве нет задаваемой зоны нечувствительности, следствием чего является постоянное присутствие импута сов на одном из выходов при отсутст вин рассогласовшшя входного сигнала с опорным уровнем, что делает невогм нь1М его применение в аналого-цифровы приборах и преобразователях сяед5пцего типа, что приводит к узкому диапазону применения. В устройстве необходим в качестве одного из составных элементов генератор тактовых импульсов и связанные с ним формиров.атвли сигналов по переднему и заднему фрррту импульсов генератора, в силу чего устройство не обладает простотой схем ного реиения. Цель изобретения - расширение обла Tia применения нуль-)ргана с одновреме ным упрощением устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены источник напряжения смещения, второй пороговый э мент, первое и второе диференшфуюшие звенья и элемент НЕ,выход которогчэ сое динен с вторым входом элемента И, а вх с выходом второго порогового элемента, входы первого и второго дифференцирующих звеньев соединены соответст венно с выходами, а выходы - соответ ственно с вторыми входами первого и второго пороговых элеме|нтов, третьи входь которых соединены соответственно с первым и вторым выходами источника напряжения смещения, выход элемента И с;оединея с управляющим входом К(1мутирующего элемента, второй вход которого соединен с шиной нулевого потентшала. На чертеже представлена блок-схема нуль-органа. На схеме изображен коммутирующий элемент 1, первое дифференцирующее . звено 1, первый пороговый элемент 3, второе дифференцирующее звено 4, второй пороговый элемент 5, элемент НЕ 6 элемент И 7, источник напряжения смо щения 8. Коммутирующий элемент 1 предназначен для подсоединения первых входов пороговых элементов 3 и 5 к входу нуль-органа, в случае подачи логичаокой с выхода элемента И 7 на упра ляющлй вход ком1у{утирующего элемента 1, либо с щиной нулевого потенциала. в случае логического О с выхода элемента И 7 на управляющий вход коммуттфующего элемента 1. В качестве коммутирующего элемента i может быть использован коммутатор аналоговых -сигналов, либо два , управляющие входы которых соединены через элемент НЕ, а выходы объединены между, собой. Пороговые элементы 3 л 5 могут быть выполнены на компараторах. Нуль-орган работает следующим образом. Пусть на выходе эпем&па И 7 логический О. При этом на первые входы псфоговых элементов подается нулевой потенциал с шины нулевого потенциала. На третьи входы пороговых элементов от источника напряжения смещения подаются потенциалы, задающие величину зоны нечувствительности: О - на Лсфоговый элемент 3 и задающий верхнюю границу зоны нечувствительности, и + U - на пороговый элемент 5jg. за дающий нижнюю границу зоны нечувствительности. При этом на инвертирующих (отмеченных знаком (-)) на входах компаратород входящих в состав пороговых элементов 3 и 5 будут напряжения, определяемые выражением Ъ 2. Для порогового элемента 3 имеем м ). -и 2. Ч для порогового элемента 5 имеем и ) . и . На неинвертирующие (отмеченные знаком (+)) входы компараторов подается нулевой потенциал через резио-. торы R дифференшфующих элементов 2 н 4 .На выходе порогового элеме та 3 будет логическая единица, обуо. ловленная бодее низким потенциалом на инвертирующем входе компаратора относительно потенциала на неинвертирующем входе. На выходе порогового элемента 5 будет логический О, в силу того, что потенциал на инвертирующем входе компаратора выше потенциала на его нешшертирующём входе. На выходе элемента И 7 - логическая , которая поступает на управляюший вход ксммутвруюшего элемента 1 и цереводит его в состояние, когда на выход коммутирующего элемента 1 поступает сянгнал . Если входной сигнал не выходит за границы зоны нечувствительности, т.е. вьшолняется условие ,,rU, ТО состо5шие пороговых элементов 3 и 5 не изменяется и на выходе порогового элемента 3 будет логическая , а на выходе порогового элемента 5 логический О. Конденсатор С дифф&реншфующего элемента 2 заряжен, а конденсатор дифференцирующего элемента 4 разрйжен. Если на вход устройства подать сш нал и f т6 cocTosoffle порогового элемента 5 не изменится , а на выходе порогового элемента 3 устана&.ливается логический Of что приводит 7 К появлений на выходе элемента И 7 логического О и на выход коммутирую щего элемента 1 поступает нуленой потенхшал. С появлением на выходе порогового элемента 3 нулевого потенциала начинается разряд кондёдсатора С через резистор R дифференгшрующего элемента 2. По мере разряда конденсатфа С потенциал на резисторе возрастает и- при достижении им знач&ния -U|2, на выходе порогового элемента 3 появляется высокий потенциал и начинается заряд конденсатора С, потен циал на резисторе R умсньп-яется и пр достижении напряжения UgJ5(-u|l происходит очередное переключение порогового элемента 3. Кондэнсатор С дифференцирующего элемента 2 разряжается и про цесс повторяется. Таким образом, на вы ходе Ь постоянно присутствует логиче кая 1, а на выходе а импульсы с частотой, определяемой входным напряжением. Аналогично происходит работа, если на вход устройства подать сигнал UaSm только при этом на выходе С1 постоянно присутствует логическая j; , а на §Ь1Ходе импульсы с чаототой, определяемой входным напряжением, при этом соответственно работает пороговый элемент 5. Время -k , в течение которого напряжение на выходе дифференцирующего элемента изменяется от уровня Uj(U/2flO зфовня, равного Uftx-и f 2 будет

1, ..ОСР МУк1И -осе

Время t, в течение которого напряжение на выходе дифференшфующе Формула изобретения

Нуль-орган, содержащий последовательно соединенные коммутирующий элемент, первый пороговый элемент, элемент И, отличающийся тем, что, с целью расщирения области применения к упрощения устройства, в него введего элемента изменяется от уровня и|1равно t -.Rce . 1 у и где Ui, - напряжение на вьисодах пороговых элементов 3 и- 5, cooi ветствующее логической 1. Период Т и частота $ следования выходных импульсов соответственно равны. . -г-ore .У( lUjiHJ) , и А Л Rce ,-o(2. ) Таким образом в предложенном устройстве реализована нелинейная зависимость частоты следования выходных импульсов от напряжения , причем 1ФИ небольших значениях и и V частота возрастает медленно с увеличением а при больщих - намного быстрее, что очень важно при использовании генери- рующего нуль-органа в следящих систэ мах для отслеживания оишбки рассогласования.. Предложенный нуль -орган позволяет оценивать входной сигнал, допуская при этом задание зоны нечувствительное ти любого вида. Зависимость частоты выходных импульсов по нелинейному закону от изменения входного сигнала позволяет быстро отрабатывать изменения отслеживаемого сигнала с максимальной скоростью и MjmHManbHbiM врем;енем при использовании нул1: -органа в аналого-цифровых устройствах следящего типа. В случае, когда тр&буется постоянная высокая частота следования выходных импульсов ген&рирующего нуль-органа, дифференшфующиё элементы 2 и 4 исключаются и частота в этом случае определяется быстродействием элементов, на которых реализована схема.