Преобразователь напряжения в интервал времени Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и може быть использовано для создания цифрвых вольтметров среднего значения.

Известен преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий первый ключ, выход которого соедине с выходами второго и третьего ключа и через резистор - с входом интегратора, выход которого через два блока сравнения соединен с входами блока управления, частотный вход которого соединен с выходом генератора образцовой -частоты,управляющие выходы соединены с управляющими входами ключей, а выходы соединены с входагли счетчика, входы второго и третьего ключей соединены с выходами источника образцового напряжения ij

Недостатком устройства является: узкий частотный диапазон работы устройства.

Известен преобразователь напряжения в интервал времени, содержаний источник преобразуемого напряжения , выход которого соединен с входом формирователя периода преобразуемого напряжения и с первыми входами двух интеграторов, второй вход первого интегратора соединей с общей шиной устройства, а второй вход второго интегратора соединен с выхо.дом переключателя, первый вход которого соединен с выходом коммутатора, а второй вход - с выходом триггера и входом блока сброса, выход которого соединен с управляющим входом перрого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора и с первым входом компаратора знака, а выход - с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом формирователя периода преобразуемого напряжения и первым управляющим входом коммутатора, второй управляющий вход которого соединен с выходом компаратора знака, второй вход которого соединен с общей шиной устройства, а входы коммутатора соединены с выходами источника образцового напряже ния 2 .

Недостатком устройства явлвется то, что оно сохраняет работоспособность и задание характеристики лишь в ограниченном частотном диапазоне изменения преобразуемого сигнала. Смещение частоты преобразуемого напряжения в сторону низких и инфранизких частот (в силу ограниченного динамического диапазона выходной характеристики интеграторов ) может быть достигнуто лишь увеличением постоянной времени интеграторов. Однако обеспечение больших значений постоянной, времени интегратора ( порядка десятков и сотен рекунд); при сохранении высокой точности интегрирования является неразрешимой задачей.

Цель изобретения - расширение 5 частотного диапазона работы устройства.

Поставленная цель достигается j тем, что в преобразователь напряжения во временной интервал, содержащий источник преобразуемого напряжения, выход которого соединен с входом формирователя периода преобразуемого напряжения и с первыми входами двух интеграторов, вторые входы которых соединены соответственно с общей шиной и через переключатель - с выходом коммутатора, входы которого соединены с выходами источника образцовых напряжений, первый управляющий вход - с

Q выходом компаратора знака, а второй управляющий вход - с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, а второй вход - с выходом второго интегратора и с первым входом компаратора знака, второй вход которого соединен с общей шиной, управляющий вход первого интегратора соединен с выходом блока сброса, введены генератор образцовой частоты, блок синхронизации, делитель частоты, дополнительный триггер и элемент ИЛИ, выход которого соединен с

5 первым входом триггера, первый вход .с первым входом дополнительного триггера и выходом формирователя периода преобразуемого напряжения, а второй вход через делитель частоты - с

0 выходом генератора образцовой частоты и с первым входом блока синхронизации, выход которого соединен с вторым входом переключателя, а второй вход - с первым выходом триггера, второй выход Которого соеди- нед с вторым входом дополнительного триггера, выход которого соединен с входом блока сброса.

На фиг. 1 приведена структурная

Q электрическая схема устройстваf на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 преобразуемого напряжения, интеграторы 2 и 3, блок 4 сброса, компара- ; тор 5 знака, блок 6 сравнения, триг-гер 7, источник 8 образцовых напряжений, коммутатор 9, переключатель 10,формирователь 11 периода преобразуемого напряжения, триггер 12, элемент 13 ИЛИ, делитель 14 Частоты, блок 15 синхронизации, генератор 16 образцовой частоты.

На фиг. 2 обозначено; форма 17 нарряжения на выходе источника 1 U)i(t),

5 сигнал 18 на; выходе формирователя 11, форма 19 сигналов на .вчходе делителя 14,-форма 20 сигналов на выходе : генератора 16, форма 21 напряжений н входах блока 6, форма 22 сигналов на выходе блока 6, форма 23 напряже ний на входе интегратора 2. Устройство работает следующим образом. Пусть постоянная составляющая пре образуемого напряжения больше нуля, В момент времени -t приходит импульс с формирователя 11, что обуславливае срабатывание триггера 12 и через элемент 13 триггера 7. Сигнал с-, триг гера 12 отключает блок 4 от интегра тора 3, а импульс с триггера 7 чере блок 15 и переключатель 10 подключает положительное образцовое напря жение от источника 8 на вход интегр тора 2. В результате этого напряжение на выходе интегратора 2 будет (линейно возрастать со скоростью i OO-UK ,: I - t- L I a на выходе дополнительного интегр I тора 3 линейно убывать со скоростью Ux/t ,где UQ- образцовое напряжение ,7 постоянная времени интегратора. В момент времени t напряжения на выходах обоих интеграторов оказываются равны, что приводит к срабатыванию блока б и триггера 7. При этом срабатывает триггер 12 и посредством блока 4 производится воз.врат интегратора 3 в исходное сос тояние. С приходом очередного импульса с выхода генератора 16 на вх блока 15 синхронизации последний, воздействуя на переключатель 10, отключает образцовое напряжение. В результате выходное напряжение инте ратора 2 будет линейно убывать со скоростью 0)/1, а на выходе интегратора 3 установится нулевое значение напряжения. В момент времени t при ходит импульс с выхода делителя 14триггер 7 через элемент 13, что обу лавливает срабатывание триггера 7, а следовательно, подключение образцового напряжений на вход интеграг тора 2, причем блок 4 сброса остается подключенным к интегратору 3, так как триггер 12 остался в прежнем состоянии. В результате на выходе интегратора 2 напряжение будет л1«1ейно нарастать со скоростью j:° Ь. I и в момент времени t достиГнет нулевого уровня, что вызЬвет срабатывание блока б, переброс триг гера 7, а следовательно, отключение образцового напряжения от интегратора 2 с приходом ближайшего импуль ра образцовой частоты. В результате выходное напряжение интегратора 2 будет линейно убывать со скоростью Ux .L1 а на выходе интегратора 3 с помощью блока 4 будет поддерживаться нулевой потенциал..С приходом следующего импульса с делителя 14 (в момент времени t) процесс работы устройства повторяется. В момент времени t приходит следующий импульс с формирователя 11, что обуславливает срабатывание триггеров 7 и 12, и, в целом, процесс преобразования за время периода преобразуемого напряжения повторится. При смене знака постоянной составляющей преобразуемого напряжения процессы в устройстве протекают так же, как и в известном устройстве с учетом вьшеизложенных особенностей. Информативной величиной в предлагаемом устройстве является сумма временных интерваловТ| за все время, преобразования Т|, . Процесс преобрааования за время Т„ описывается следующим уравнение. ЦР-ЦХ ., , .p .JL-r, ,п п. /2% 2т а-уЬ . и.(Ж-..Цр-Цчи. «Л т;- где . iv...; , где Т: - постоянная времени интегра; тора 3. Подставляя выражения (3) и (4) в (2) и проводя упрощения, а также учитывая,что Тл; const. --I -ц a получим систему уравнений. Up-Uy. t Ox 4L : : y l 1 Решая систему уравнений (5, найдем функцию преобразования .т. где Tvi 1|, - частота преобразуемого напряжения . Следует отметить, что при суквиировании непримыкающих интервалов времениТ ; не возникает методическая погрешность дискретности,- так как она устраняется- sa счет синхронизации моментов переключения образцового напряжения по импульсу с блока 6 с импульсами образцовой частоты посредством блока 15. Таким образом, устройство имеет сравнительно простую структуру и обладает более широким частотным диапазоном в области низких и инфранизких частот, поскольку за счет разбиения общего времени интегрирова- ния Т|,, соответствующего периоду преобразуемого сигнала, на m частных циклов не требуется обеспечение больших значений постоянной времени интеграторов.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ, содержащий источник преобразуемого напряжения, выход которого соединен с входом формирователя периода преобразуемого напряжения и с первьлми входами двух инте7ратррой, вторые входы которых соединены соответственно с общей шиной и через переклю атель - с выходом коммутатора, входы которого соединены с выходами источника образцовых напряжений, первый управляющий вход - с выходом компаратора знака, а второй управляющий вход с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, а второй вход - с выходом второго интегратора и с первым входом компаратора знака, второй вход которого соединен с общей шиной, управляющий вход первого интегратора соединен с выходом блока сброса, отллч ающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона работы преобразователя, в него . введены гене1ратор образцовой частоты, блок синхронизации, делитель частоты, дополнительный триггер и элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом триггера, первый.вход-« с первым входом дополнительного триг-в гера и выходом формирователя периода преобразуемого напряжения, а второй, вход через делитель частоты - с выходом генератора образцовой частоты и с первым входом блока синхронизации, выход которого соединен с BTOpbif.i вхо- S дом переключателя, а второй вход - с первым выходом триггера, второй,выход которого соединен с вторым входом дополнительного триггера, выход которого соединен с входом блока сброса.