Преобразователь амплитудных значений напряжения Советский патент 1983 года по МПК G01R19/04 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и измерительных информационных системах (ИИС).

Известен преобразователь амплитудных значений напряжения, содержащий усилитель постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, резистивный делитель напряжения, ключ, нуль-орган, вход которого соединен со средней точкой резистивного делителя напряжения, включенного между входом и выходом преобразователя, а выход - с управляющим входом ключа, включенного последовательно с дополнительным конденсатором в цепь между входом преобразователя и входом усилителя, выход которого соединен с выходом, преобразователя 1 .

Недостатком такого преобразователя являются его ограниченные функциональные возможности - невозможность преобразования амплитудных значений напряжения во временной интервал и фиксации моментов появления этих значений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь амплитудных значений напряжения, содержащий компаратор, неинвертирующий выход которого через ограничивающий резистор подключен к входу ключа, выход которого соединен с запоминающим конденсатором, включенным между входом и выходом операционного усилителя, подключенного выходом к выходу преобразователя и к одному из входов компаратора, другой вход которого является входом преобразователя, инвертирующий выход компаратора подключен к ключу сброса и управляющему входу ключа, подключенного выходом к входу операционного усилителя, выход которого через масщтабный резистор соединен с входом ключа 2.

Недостатком известного преобразователя являются его ограниченные функциональные возможности - невозможность преобразования амплитудных значений напряжения во временной интервал и фиксации моментов появления этих значений.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения преобразования амплитудных значений напряжения во временной интервал и фиксации моментов появления .этих значений.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь амплитудных значений напряжения, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого через конденсатор соединен с его выходом, компаратор, ключ и два резистора, введены компаратор, источник опорного напряжения, два ключа, два резистора, два формирователя заднего фронта, формирователь переднего фронта и блок управ.ления, при этом

входы первого и второго ключей подключены к инвертирующему входу первого компаратора и-к информационному входу преобразователя, а их управляющие входы - к первому выходу блока управления, выход первого ключа 4ерез первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому выходу преобразователя и через второй резистор - к инвертирующему входу второго компаратора, выход второго ключа через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам первого компаратора и операционного усилителя, а также - к общей щине, выход источника опорного напряжения соединен с входом третьего ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления а его выход через четвертый резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя, выход первого компаратора через первый формирователь заднего фронта подключен к первому входу блока управления, выход второго компаратора через второй формирователь заднего фронта соединен с вторым входом блока управления, а через формирователь переднего фронта - с вторым выходом преобразователя и третьим входом блока управления, третий выход которого подключен к. третьему выходу преобразоваQ теля, первый, второй и третий входы управления которого соединены, соответственно с четвертым, пятым и щестым входами блока управления.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит источник 1 образцового напряжения, ключ 2, резистор 3, конденсатор 4, ключ 5, резистор 6, операционный усилитель 7, компаратор 8, формирователь 9 заднего фронта, ключ 10, резисторы 11 и 12, компаратор 13, формирователь

14 переднего фронта, формирователь 15 заднего фронта, блок 16 управления, на вход 17 подается входное напряжение, на выход 18 поступает постоянное напряжение, равное по величине амплитудному значению входного напряжения, на выход 19 поступает импульс (отметка) в момент прохождения входного напряжения через максимум, на выходе 20 формируется временной интервал, длительность которого пропорциональна амплитудному значению входного напряжения, на входы 21 и 22 поступают импульсы запуска и сброса, соответственно, а на вход 23 - режимный сигнал, при этом входы ключей 5 и 10 подключены к инвертирующему входу компаратора 8 и к входу 17, а их управляющие входы - к первому выходу

5 блока 16, выход ключа 5 через резистор 6 соединен с инвертирующим входом усилителя 7 и одной обкладкой конденсатора 4, другая обкладка которого подключена к выходу усилителя 7, выходу 18 и через резистор 12 - к инвертирующему входу компаратора 13, выход ключа 10 через резистор 11 соединен с инвертирующим входом компаратора 13, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам компаратора 8 и усилителя 7, а также к общей щине, выход источника 1 опорного напряжения соединен с входом ключа 2, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока 16, а его выход через резистор 3 - к инвертирующему входу усилителя 7, выход компаратора 8 соединен с входом формирователя 9, выход которого подключен к первому входу блока 16, выход компаратора 13 через формирователь 15 соединен с вторым входом блока 16, а через формирователь 14 - с выходом 19 и третьим входом блока 16, третий выход которого подключён к выходу 20, входы 21, 22 и 23 соединены, соответственно, с четвертым, пятым и шестым входом блока 16. Преобразователь работает в одном из двух режимов. Режим преобразования амплитудных значений переменного напряжения в постоянное. Этот режим работы задается подачей сигнала «О на вход 23 преобразователя. Переменное напряжение, подаваемое на вход 17, поступает на инвертирующий вход компаратора 8, напряжение на выходе которого в зависимости от полярности входного сигнала имеет знак «-f или «-. С выхода компаратора 8 сигнал поступает на вход формирователя 9, который по заднему фронту сигнала на его входе (в момент начала положительной полуволны сигнала на входе 17) формирует короткий импульс на своем выходе. При запуске преобразователя на вход 21 подается короткий импульс, который устанавливает блок 16 в исходное состояние. Следующий после запуска преобразователя импульс с выхода формирователя 9 устанавливает на первом выходе блока 16 сигнал «1, который вызывает замыкание ключей 5 и 10. При этом входное напряжение (его положительная полуволна) поступает через резисторы 6 и 11 на инвертирующие входы усилителя 7 и компаратора 13, соответственно. Усилитель 7 с конденсатором 4 в цепи обратной связи, представляет собой устройство выборки и запоминания и работает сначала в режиме выборки, а затем в момент прохождения входным напряжением максимума переводится в режим запоминания. При этом максимум входного напряжения определяется в момент равенства нулю разности между входным и задержанным относительно него на некоторый временной интервал напряжением (для обеспечения заданной погрещности определения момента максимума входного напряжения указанная задержка задается достаточно малой). Напряжение на выходе усилителя 7 и на выходе 18 преобразователя равно входному напряжению, но имеет обратный знак и некоторую задержку по отнощению к последнему. Величина задержки определяется постоянной времени цепи, состоящей из резистора 6 и конденсатора 4. С выхода усилителя 7 сигнал через резистор 12 поступает- на инвертирующий вход компаратора 13, неинвертирующий вход которого соединен с нулевым потенциалом. При этом к инвертирующему входу компаратора 13 прикладывается разность между напряжением, поступающим с входа 17 через резистор И, и напряжением, поступающим с выхода усилителя 7 через резистор 12 (резисторь 11 и 12 обеспечивают развязку между выходом усилителя 7 и выходом источника переменного напряжения, соединенного с входом 17 преобразователя). Сначала (в течение первой четверти периода входного напряжения) указанная разность имеет знак « + , так как проинвертированное усилителем 7 входное напряжение отстает по фазе от напряжения на входе 17. При этом напряжение на выходе компаратора 13 имеет знак «-. В момент перехода входным напряжением через максимум указанная выще разность становится равной нулю, а затем принимает знак -. При этом происходит скачкообразное изменение знака напряжения на выходе компаратора 13 и срабатывание формирователя 14, который формиpyej по переднему фронту сигнала на его входе короткий импульс на своем выходе. Этот импульс поступает на выход 19 преобразователя и фиксирует момент прохождения входного напряжения через максимум. Отметка экстремума помимо информации о временном положении последнего обеспечивает также синхронизацию работы устройств, подключенных к выходу преобразователя (например, аналого-цифрового преобразователя), сигнализируя о наличии на выходе 18 постоянного напряжения, равного амплитудному значению переменного напряжения, поступающему на вход 17. Действительно, импульс с выхода формирователя 14, поступая на третий вход блока 16, формирует на первом выходе последнего сигнал «О, и тем самым устанавливает ключи 5 и 10 в разомкнутое состояние.. При этом на конденсаторе 4 запоминается максимальное значение входного напряжения. В исходное состояние преобразователь приводится подачей короткого, импульса на вход 22. При этом на втором выходе блока 16 формируется сигнал «1, который устанавливает ключ 2 в замкнутое состояние и подключает тем самым источник 1 опорного напряжения через резистор 3 к инвертирующему входу усилителя 7. Поскольку опорное напряжение имеет отрицательную полярность, то при подключении его начинается линейный разряд конденсатора 4, скорость разряда которого определяется

величиной сопротивления резистора 3 и емкости конденсатора 4. При равенстве нулю напряжения на выходе усилителя 7 происходит скачкообразное изменение знака напряжения на выходе компаратора 13 с « + на «- и срабатывание формирователя 15, который формирует по заднему фронту сигнала на его входе короткий импульс на своем выходе. Этот импульс поступает на второй вход блока 16 и устанавливает на его втором выходе сигнал «О. При этом ключ 2 устанавливается в разомкнутое состояние и отключает источник 1 опорного напряжения от входа усилителя 7. Таким образом, преобразователь приводится в исходное состояние. При подаче очередного импульса запуска на вход 21 преобразователя процесс преобразования амплитудного значения переменного напряжения в постоянное осуществляется аналогично описанному выше.

Режим преобразования амплитудных значений переменного напряжения во временной интервал.

Этот режим работы преобразователя задается подачей сигнала «1 на вход 23. Запускается преобразователь подачей короткого импульса на вход 21. При этом работа преобразователя от его запуска до момента прохождения входного напряжения через максимум осуществляется так же, как и в первом режиме. Отличие работы преобразователя в данном режиме от работы его в предыдущем режиме заключается в отсутствии этапа хранения (запоминания) на конденсаторе 4 амплитудного значения входного напряжения. Действительно, в момент максимума входного напряжения происходит скачкообразное изменение полярности напряжения на выходе компаратора 13 и срабатывание формирователя 14.

При поступлении в данном режиме импульса с выхода компаратора 14 на третий вход блока 16 сигнал «1 снимается с первого и формируется на втором выходе последнего. Кроме того, сигнал «1 формируется на третьем выходе блока 16. При этом ключи 5 и 10 размыкаются, а ключ 2 замыкается. .При подключении источника 1 опорного напряжения через резистор 3 и к инвертирующему входу усилителя 7 происходит линейный разряд конденсатора 4. В момент перехода напряжения на выходе усилителя 7 через нуль происходит изменение полярности напряжения на выходе компаратора 13 и срабатывание формирователя 15. Импульс с выхода формирователя 15 поступает на второй вход блока 16 и устанавливает на втором и третьем выходах блока 16 сигнал «О. Ключ 2 размыкается и отключает источник 1 опорного напряжения от входа

усилителя 7. При этом длительность импульса, сформированного на выходе 20 преобразователя, ввиду линейности разряда конденсатора 4, оказывается пропорциональной амплитудному значению входного напряжения.

При подаче очередного импульса запуска на вход 21 преобразователя процесс преобразования амплитудного значения переменного напряжения во временной интервал осуществляется аналогично описанному

5 выще.

Таким образом, как видно из описания работы преобразователя, в последнем полностью обеспечивается преобразование амплитудных значений переменного напряжения не только в постоянное напряжение, но также и во временной интервал, кроме того обеспечивается фиксация моментов появления максимальных значений переменного напряжения.

5 Использование предлагаемого изобретения позволит сократить аппаратурные и следовательно материальные затраты при преобразовании в код амплитудных значений переменного напряжения, часто встречающемся в практике электрических измерений.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИ ТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий операционный усилитель, инвер тирующий вход которого через конденсатор соединен с его выходом, компаратор, ключ и два резистора, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путем обеспечения преобразования амплитудных значений напряжения во временной интервал и фиксации моментов появления этих значений, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, два ключа, два резистора, два формирователя заднего фронта, формирователь переднего фронта и блок управления, при этом Ьходы первого и второго ключей подключены к инвертирующему входу первого компаратора и к информационному входу преобразователя, а их управляющие входы - к первому выходу блока управления, выход первого ключа через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому выходу преобразователя и через второй резистор - к инвертирующему входу второго компаратора, выход второго ключа через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам первого компаратора и операционного усилителя, а также - к общей шине, выход источника напряжения соединен с входом третьего ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, а его выход через четвертый резистор - к инвертирующему входу операционного усилителя, выход первого компаратора через перi вый формирователь заднего фронта подключен к первому входу блока управления, выW ход второго компаратора через второй формирователь заднего фронта соединен с вторым входом блока управления, а через формирователь переднего фронта - с вторым выходом преобразователя и третьим входом блока управления, третий в{11ход которого подключен к третьему выходу преобразователя, первый, второй и третий входы управления которого соединены соответственно с четвертым, пятым и щестым входами блока управления. GO