Устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код Советский патент 1984 года по МПК H03K13/20 

1 Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах преобразования напряжения в код. Известно устройство время-импуль ного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее интегратор, вьтолненный в виде управляемого источника тока с двумя парами Ключей коммутации интегрирующего конденсатора, соединенных в мостову схему, одна диагональ которой первой своей вершиной подключена к выходу управляемого источника тока, второй вершиной к источнику питающего напряжения, а в другую диагональ включен интегрирующий конденсатор, соединенный с входом компаратрра, выход которого подключен к входу преобразователя интервала вре мени в код и к первому входу блока управления, а выход преобразователя интервала времени в код подключен к второму входу блока управления, в ходы которого соединены с входами управления ключей коммутации интегрирующего конденсатора и входных ключей, через которые вход интегратора соединен с источником эталонно го напряжения и источником измеряем го напряжения j Однако в устройстве погрешность от смещения нуля интегратора остает ся весьма значительной практически во всем диапазоне измеряемых напряжений, что приводит к снижению точности. Кроме того, преобразователь способен измерять напряжение только одной полярности, а именно того же знака, что и эталонное напряжение, что сужает его функциональные возможности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор, выполненньш в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсато ра, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входо операционного усилителя интегратора компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход - с 3 входом преобразователя интервала вре мени в код и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, а выходы соединены с входами управления ключей, а первый вьшод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала 2j . Устройство позволяет исключить погрешность от смещения нуля интег ратора, однако измеряет напряжение только одной полярности, что сужает функциональные возможности устройства. - Цель изобретения - расширение функциональных возможностерь Поставленная цель достигается тем, что в устройство время-импульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор,, выполненный в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход - с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления. Второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, а выходы соединены с входами управления ключей, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, введен дополнительный резистор, первый вывод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, второй вьшод - с общей шиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора подключена шина источника эталонного напряжения. На фиг. 1 представлена схема устройства время-импульсного преобразователя напряжения в код; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу время-импульсного преобразователя. 3 Устройство содержит шину 1 ис.точника эталонного напряжения, инте ратор 2, компаратор 3, преобразователь 4 интервала времени в код, блок 5 управления. Интегратор состоит из операционного усилителя 6, интегрирующего конденсатора 7, первой пары 8 и второй пары 9 ключей коммутации интегрирующего конденсатора и резисторов 10 и 11. Шина 1 подключена к неинвертирую щему входу усилителя 6, в мостовой схеме из пар 8 и 9 ключей в первую диагональ включен интегрирующий кон денсатор 7, вторая диагональ подклю чена к инвертирующему входу и выходу усилителя 6, управляющие входы ключей подключены к выходу блока 5, входы которого соответственно соединены с выходами компаратора 3 ипр образователя 4. Выход компаратора 3 соединен с входом преобразователя 4 Входы компаратора 3 подключены к об кладкам конденсатора 7 и через резисторы 10 и 11 соответственно к ши нам преобразуемого напряжения и общей. Преобразователь работает следующ образом. Пусть и Uv 0. По сигналу Пуск замыкается пер вая пара ключей 8 коммутации интегрирующего конденсатора 7 и начинается процесс интегрирования. Так как к неинвертирующему входу операционного усилителя 6 подключен ис- точник эталонного напряжения то напряжение на его инвертирующем входе равно и„ Е,, + и, где и.. - напряжение смещения нуля ом операционного усилителя; величина эталонного напряжения. Ток IP , протекаюЕЩй через резне тор 10, равный току заряжающему кон денсатор 7, равен bu -Ux ЕЭТ +UCM -Ux In 1. где R - величина сопротивления резисторов 10 и II. Б момент пересечения напряжением на интегрирующем конденсаторе 7 нулевого уровня компаратор 3 опрокиды вается и начинается отсчет фиксированного промежутка времени Т пр образователем интервала времени в код 4. 34 В конце такта интегрирования, длящегося промежуток времени Тд, напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 составляет IT сл T, Цх т ел - F 5Гс ° где С - емкость интегрирующего конденсатора 7; и. - напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 в конце первого такта интегрирования. В момент времени Тд блок 5 управления по сигналу от преобразователя 4 временных интервалов в код размыкает пару ключей 8 и замыкает пару ключей 9. С этого момента начинается второй такт интегрирования и отсчет интервала времени Т,. Во втором такте ток IR,через резистор 1 1 , равный току If-. , разряжающему интегрирующий конденсатор 7, пропорционален эталонному напряжению Е; . т т ЕЭТ+ЦСМ «2 % Отсчет интервала времени Т, продолжается до момента, когда напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 станет равным нулю и компаратор 3 вернется в исходное состояние. С7 с, - if- ll 0 ЕЗ +ЦСМ-ЦЛ RCоRC (E CM-Ux)Tp (E,, т: (-ЁЛг 0 где Uc2 напряжение на интегрирующем конденсаторе 7 в конце второго такта интегрирования;Tj - длительность второго такта при измеряемом напряжении При и О TX (1 - Е и TO Ьд -|-и, где Т - длительность второго таклта интегрирования при измеряемом напряжении U 0. Интервалы времени Т и Т преобразуются преобразователем 4 интервала времени в код соответственно TX - TO-NX TO- NO. Случаю Ux О соответствует Т;( : Т .и коду N приписьшается знак +. Случаю О соответствует Ti Тд коду NX приписьшается знак -. Таким образом с учетом знака

Ux

NX UCM

Код N,,, пропорциональный измеряемому напряжению U, считывается с выхода преобразователя 4 интервала времени в код вместе со знаком.

Рассмотрение работы устройства проведено в.предположении, что порог срабатьшания компаратора 3, обусловленный напряжением смещения его нулевого уровня, равен нулю. В случае отличия напряжения смещения нулевого уровня компаратора от нуля оно.

так же как и в других устройствах двухтактного интегрирования, не влияет на результат измерения, так как начало отсчета интервала времени Тд и конец отсчета интервала времени Tj происходит при пересечении напряжения на интегрирующем конденсаторе одного и того же уровня, соответствующего напряжению смещения нулю компаратора.

Таким образом, по сравнению с известньми устройствами предлагаемый преобразователь позволяет получить результат измерения, свободный от аддитивной погрешности смещения нуля интегратора, и измерять напряжения обеих полярностей.

УСТРОЙСТВО ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащее источник эталонного напряжения, интегратор, выполненный в виде операционного усилителя, резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, вторая диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход - с входом преобразователя интервала времени в код и первым входом блока управления второй вход которого соединен с выходом преобразователя интервала времени в код, выходы соединены с входами управления KJmчeй, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен дополнительный резистор, первый вьюод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, второй вывод - с общей щиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора подключена щина источника эталонного напряжения.