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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей физических величин, содержащих периодическую помеху в виде аддитивной составлянвдей. . По основному авт. св. № 809560 известен интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени содержит переключаемый источник образцовых напряжений, выход которого через первый резистор соединен с инвертирующим входоминтегратора на основе усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, неинвертирукадий -вхо которого соединен с общей тройной, вы ход интегратора соединен с входом нуль-органа, соединенного выходом с управляющим входом интегратора и первым входом триггера, выход которого соединен с выходной клеммой, генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом триггера и управляющим входом первого ключа, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора, а сигнгш ный вход через второй резистор подключен к входной клемме устройства, формирователь импульсов, включенный между сетевой клеммой и управляющим входом генератора импульсов, повторитель напряжения, вход которого со единен с сигнальным входом первого ключа и через второй конденсатор с выходом второго усилителя постоян но.го тока, соединенного через второ ключ с выходом повторителя- напряжения и инвертирующим входом второго уси-лителя постоянного тока, неинвер тирующий вход которого подключен к Общей шине, выход генератора импуль сов также соединен с управляющим вх дом второго ключа и с первым входом переключаемого источника образцовых напряжений, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя постоянного тока 1J, Недостатком устройства является низкое быстродействие, определяемое периодом преобразования, равным периоду сетевой помехи, Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в интегрирующий преобразов тель напряжения в интервал времени введены три элемента ИЛИ, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, второй повторитель напряжения, третий усилитель постоянного тока, третий конденсатор, третий резистор, при этом к входной клемме через соединенные последовательно третий резистор и третий ключ подключен вход второго повторителя напряжения соединенный через третий конденсатор с выходом третьего усилителя постоянного тока, с которым через четвертый ключ соединены выход повторителя и инвертирующий вход третьего усилителя -постоянного тока, неинвертирующий вход которого подклю ен к общей шине, первый дополнительный выход генератора 1 шульсов подключен к первому дополнительному входу переключаемого источника образцовых напряжений, второй дополнительный вход которого соединен с выходом третьего усилителя постоянного т.ока, второй дополнительный выход генератора импульсов через инверсные входы первого и второго элементов ИЛИ подключен к управляквдим входам второго и четвертого ключей соответственно и к управляющим третьего и шестого ключей непосредственно, причем шестой ключ включен между вторым резистором и входом первого повторителя, третий эле-, мент ИЛИ включен между первым выходом генератора импульсов и вторым входом триггера, второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к первому дополнительному выходу генератора импульсов, прямому входу второго элемента ИЛИ и к управляющему входу пятого ключа, сигнальный вход которого подключен к входу второго повторителя, а выход - к выходу первого ключа, прямой вход первого элемента ИЛИ соединен с первым выходом генератора ИМПУЛЬСОВ, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2временные диаграммы,, пояснякяцие работу устройства. Устройство содержит переключаемый Источник 1 образцовых напряжений, первый резистор 2, интегратор 3 на основе усилителя постоянного тока 4 с конденсатором 5 в цепи отрицательной обратной связи, нульорган б, триггер 7, выход которого соединен с выходной клеммой 8,.генератор 9 импульсов, управляемый интегратор 10, на основе первого ключа 11, первого повторителя напряжения 12, второго ключа 13, второго усилителя 14 постоянного тока и второго конденсатора 15, выходную клемму 16, с,которой через второй резистор 17 и шестой ключ 18 соединен вход первого повторителя напряжения, вторюй управляемый интегратор 19, на основе пятого 20 и четвертого 21 ключа, второго повторителя 22 напряжения, третьего усилителя 23 постоянного тока -И третьего конденсатора 24, вход второго повторителя напряжения также соединен с входной клеммой через третий резистор 25 и третий ключ 26, первый 27 и второй 28 элементы ИЛИ, соединенные выходами с управляющими входами второго и четвертого ключей соответственно.

третий элемент ИЛИ 29, генератор импульсов синхронизируется через сетевую клемму 30 импульсами, формируемыми от переменного напряжения промышленной сети формирователем 31 импульсов, и имеет первый выход 32, первый дополнительный выход 33, вто;рой дополнительный выход 34.

1

На фиг. 2 обозначено: А - форма сигнала на сетевой клемме 30/ В - форма сигнала на выходе формирователя 31 импульсов/ В, Г и Д - форМа сигналов на выходах 34, 33 и 32 соответственно генератора 9 импульсов; Е - форма напряжения и на входной клемме 16, искаженного сетевой помехой и. (t); Ж и 3 - форма сигналов на первом выходе усилителей постоянного тока управляемых интеграторов 19 и 10 соответственно; И форма сигнала на выходе интегратора 3; К - напряжение на выходе переключаемого источника 1 образцовых напряжений; Л - импульсная последовательность на выходе нуль-органа 6; М - сигнал на выходе триггера 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Пусть на входную клемму 16 подается положительное напряжение в сумме с сетевой помехой. С началом очередного периода помехи в момент времени t по переднему фронту импульса выхода 34 генератора 9 импульсов за1ллкаются до этого разомкнутые ключи 18 и 26 и размыкаются через элементы 27 и 28 ИЛИ до этого замкнутые ключи 13 .и 21, В результате напряжение на,выходе усилителя постоянного тока управляемого интегратора 19 начнет линейно изменяться от нуля, а напряжение на выходе усилителя постоянного тока управляемого интегратора 10 также будет линейно изменяться, но от некоторого значения напряжения, обусловленного зарядом на конденсаторе 15, накопленном в предыдущем полупериоде помехи в течение интервала времени Т const.

В момент времени tj с выхода 32 генератора 9 импульсов приходит импульс, по переднему фронту которого замыкаются ключи 11 и 13. В результате этого напряжение, сфоркгарсванное на конденсаторе 15 в течение Т в предыдущем полупериоде и в течение времени t.- t в текущем полупериоде помехи ,. падают до нуля. Последнее обусловлено тем, что при замыкании ключа 13 происходит принудительное выравнивание потенциалов на выходе усилителя 14 постоянного тока и входе повторителя 12 напряжения, что приводит к разряду до нуля конденсатора 15 и одновременному заряду конденсатора 5. Для преотвращения разряда конденсатора 16 через замкнутый ключ 13 в цепь между ними введен повторитесь 12 напря-жения с малым значением входного тока, который также должен иметь защиту по выходу при замыкании дополнительного ключа.

При этом осуществляется перенос интегрального значения с конденсатора 15 ,на конденсатор 5 интегратоtpa 3. Одновременно интегратор 3 осу1ществляет интегрирование сигнала

и X + и(5 через резистор 17 и замкнутые ключи 18 и 11, а также образцового напряжения -и переключаемого источника 1 образцовых напряжений до момента времени t (фиг. 2), когда на пряжение на выходе усилителя постоянного тока управляемого интегратора 10 оказывается равным нулю.

После окончания разряда конденсатора 15, в течение оставшегося времени до окончания тактового импульса длительностью Т2(момент времени интегратор 3 интегрирует лишь сумму напряжений Uf(t) - Uo

В момен± времени t задним фронтом тактового импульса Т размыкаются ключи 11 и 18, а ключ 13 продолжает оставаться замкнутым. В резуль- тате напряжение на выходе усилителя 14 постоянного тока поддерживается равным нулю. Интегратор 3 продолжает

интегрировать образцовое напряжение - UQ. В момент времени t с выходное напряжение интегратора 3 достигает нуля, что приводит к срабатыванию нуль-органа 6, на выходе которого вырабатывается импульс длительностью

t J, в течение которого выходное напряжение интегратора 3 поддерживается равным нулю.

Информативный интервал времени

. Т j( t J- tj выделяется триггером 7 от мс 1ента t „ начала тактового импульса на выходе 32 генератора 9 импульсов до момента t равенства нулю выходного напряжения интегратора 3.

В момент времени t передним фронтом тактового импульса с выхода 34 генератора 9 импульсов размыкается ключ 13 и замыкается ключ 18. В результате напряжение на выходе

усилителя 14 постоянного тока начинает линейно изменяться от нуля. За время t, на конденсаторе 15 сфор. мируется новое интегральное значе ние. В момент времени t задним фронтом тактового импульса Т размЫкается ключ 18, а ключ 13 замыкается. В результате на конденсаторе 15 сохраняется накопленный в течение Т заряд, а напряжение на выходе усилителя 14 постоянного тока поддерживается равным нулю. Последнее обеспечивается за счет замкнутого ключа 13 и необходимо для поддержания усилителя 14 в активном режиме.

Работа управляемого интегратора

;1 происходит аналогично описанному

выше, с той лишь разницей, что все процессы в нем протекают со сдвигом на половину периода помехи U(t) по отношению к работе первого управляемого интегратора.

Смена полярности напряжения 11 , например, в момент времени t,, приводит к изменению знака скорости изменения напряжения на выходе усилителя 14 постоянного тока {или 23 в зависимости от момента смены пол ности). Начиная с момента.времени t это напряжение становится больше нуля. По этому признаку осуществляется подготовка переключения полярности образцового напряжения. По пе реднему фронту ближайшего тактового импульса с выхода 32 или 33 генератора 9 импульсов пере.ключаемый источник 1 образцовых напряжений срабатывает, и на его выходе появляется образцовое напряжение дf5yгoгo знака (в данном случае +UO),B остальном работа предлагаемого устройства при другой полярности напряжения и осуществляется аналогично описанному выше.

Время преобразования в устройстве прототипе при исключении влияния сетевой помехи, составляет один период Т помехи. В предлагаемом устройстве информативный интервал времени также не зависит от влияния помехи, но информация очпреобразуемом сигнале и получается каждые полпериода сетевой помехи. Время интегрирования входного сигнала U является величиной строго постоянной и не зависит от изменения периода помехи, тогда как в прототипе период помехи входит в функцию преобразования.

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ по авт. св. 809560, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью по- вышения быстродействия, в него введены -три элемента ИЛИ, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, второй повторитель, напряжения, третий усилитель постоянного тока, третий конденсатор, третий резистор, при этом к входной клемме через соединенные последовательно третий резистор и третий ключ подключен вход второго повторителя напряжения, соединенный через третий конденсатор с выходом третьего усилителя постоянного тока, с которым через четвертый ключ соединены выход повторителя и инвертирующий вход третьего усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, первый дополнительный выход генератора импульсов подключен к первому дополнительному входу переключаемого источника образцовых напряжений, второй дополнительный вход которого соединен с выходом третьего усилителя постоянного тока, второй дополнительный выход генератора импульсов через инверсные входы первого и второго элементов ИЛИ подключен к управляющим входам второго и четвертого ключей соответственно и к управляющим входам .третьего и шестого ключей непосредс 5 ственно, причем шестой ключ включен между вторым резистором и входом (Л первого повторителя, третий элемент ИЛИ включен между первым йыходом с: генератора импульсов и вторым входом триггера, второй вход третьего элемента ИЛИ подключен к первому дополнительному выходу генератора импульсов, прямому входу второго элемента ИЛИ и к управляющему входу пятого ключа, сигнальный вход кото4 рого подключен к входу второго повторителя, а выход - к выходу первого о: ключа, прямой вход первого элеменсо со та ИЛИ соединен с первым выходом генератора импульсов.