Устройство для измерения отношения двух напряжений Советский патент 1984 года по МПК G01R19/10 

пряжения состоит из второго конденсатора, двух резисторов и двух ключей, причем первый вывод второго конденсатора подключен к выходу блока формирования экспоненциального

напряжения и через третий резистор и третий ключ к источнику опорного напряжения, а через четвертый резистор и четвертый ключ заземлен, второй вьгаод конденсатора также заземлен.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, формирователь образцового интервала времени, блок формирования экспоненциального напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу преобразователя, а выход - к выходной клемме устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения, в него введены два инвертора, элемент ИЛИ, два элемента И, элемент И-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ, причем к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу формирователя, подключены второй и третий выходы преобразователя, первый выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому управляющему входу преобразователя, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И и через первый инвертор к входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к TpetbeMy выходу преобразователя, а выход - к первому входу вто-. рого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу преобразователя, третий вход которого через второй инвертор подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока формирования экспоненциального напряжения, второй выход преобразователя подключен к второму (Л входу первого элемента И. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что npeo6piaso§ ватель логарифма отношения двух напряжений в интервал времени состоит из двух нуль-органов, двух ключей, э ;о to двух резисторов, первого конденсатора и одновибратора, причем первые входы нуль-органов являются соответ SD X) ственно первым и вторым входами, а выходы - третьим и вторым выходами преобразователя, первый вывод конденсатора подключен к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения, а через второй резистор и второй ключ заземлен, второй вьгоод конденсатора также заземлен, вход одновибратора является входом запуска устройства, а выход подключен к управляющим входам нуль-органов и первого ключа и является первым выходом преобразователя, блок формирования экспоненциального на

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и приборах для измерения отношения. Известно устройство для измерения отношения двух напр51жений, содержащее два нуль-органа с подключенными к их первым входам входами устройства, конденсатор, подключенный к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источни ку опорного напряжения, а через второй резистор и второй ключ - к общем проводу, второй вывод конденсатора также подключен к общему проводу, од новибратор, вход которого является входом запуска устройства, а выход подключен к управлякяцему входу второго ключа и через инвертор к управляющему входу первого ключа, и элемент И входы которого подключены к выходам нуль-органов, а выход является выходом -устройства 1J Недостатком данного устройства является нелинейная логарифмическая зависимость между отношением входных напряжений и выходным интервалом времени. Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является устройст во для измерения отношения двух напрАжетоШ, содержащее преобразователь .логарифма отношения двутс напряжений в интер вал времени , входы которого подключень к входным клеммам устройства, а выход - к входу формирователя образцового интервала времени, выход которого подключен к первому входу блока формирования экспоненциального напряжения, к второму входу которого подключен выход преобрлзователя, а к выходу - выходная клем ма устройства 2. Недостатком известного устройства является ограниченный динамический диапазон измерения, так как оно измеряет только отношение большего напряжения к меньшему. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения отношения двух напряжений, содержащее преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени, входы которого подключены к входным клеммам устройства, формирователь образцового интервала времени, блок формирования экспоненциального напряжения, первый вход которого подключен к первому выходу преобразователя, а выход - к выходной клемме устройства, снабжено двумя инверторами, элементом ИЛИ, двумя элементами И, элементом И-НЕ и элементом ИЛИ-НЕ, причем к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу формирователя, подключены третий и второй выходы преобразователя, первый -выход которого и выход первого элемента И подключены соответственно к второму и первому входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого-подключен, к первому управлякицему входу преобразователя, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И и через первый инвертор к входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к третьему выходу преобразователя, а выход - к первому входу второго элемента И, второй вход которого подключен к второму входу преобразователя, третий вход которого через второй инвертор подключен к третьему входу второго элемента И, выход которого подключен к второму входу блока формирования экспоненциального напряжения, второй выход преобразователя подключей к второму входу первого элемента И,

При этом преобразователь логарифма отношения двух напряжений в интервал времени состоит из двух нульорганов, двух ключей, двух резисторов , первого конденсатора и одновибратора, причем первые входы нульорганов являются соответственно первым и вторым входами, а выходы - тре тьим и вторым выходами преобразователя, первый вьшод конденсатора подключен к вторым входам нуль-органов и через первый резистор и первый ключ к источнику опорного напряжения а через второй резистор и второй ключ заземлен, второй вывод конденсатора также заземлен, вход одновибратора является входом запуска устройства, а выход подключен к управляющим входам нуль-органов и первого ключа и является первым выходом преобразователя, блок формирования экспоненциального напряжения состоит из второго конденсатора, двух резисторов и двух ключей, причем первый вывод второго конденсатора подключен к выходу блока формирования экспонен.циального напряжения и через третий резистор.и третий ключ к источнику опорного напряжения, а через четвертый резистор и четвертыйключ заземлен,- второй зывод конденсатора также заземлен.

На . 1 дана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временные диаграммы зависимости работы устройства от величины входного напряжения..

Устройство содержит входные клеммы 1 и 2, которые подключены к первым входам нуль-органов 3 и 4, ключи 5 и 6, первые вьгаоды которых чере резисторы соответственно 7 и 8 под ключены к одной из обкладок конден-;. сатора 9, другая обкладка которого подключена к общей шине, вторые выводы ключей 5 и 6 подключены, соответственно к источнику 10 опорного напряжения и общей шине, ключи 11 и 12, первые выводы которых через резисторы соответственно 13 и 14 подключены к вьЬсодной клемме 15 и к одной из обкладок конденсатора 16, другая обкладка которого подключена к общей шине, вторые выводы ключей 11 и 12 подключены соответственно к источнику 10 опорного напряжения и к общей шине, выход нуль-органа 4 подключен к первым входам элементов ИЛИ 17 и И 18, к второму входу элемента ИЛИ 17 подключен выход нуль-органа 3, выход элемента ИЛИ 17 подключен к входу формирователя 19 образцового интервала времени, выход которого подключен к второму входу элемента И 18, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИНЕ 20, выход которого подключен к управляющему входу ключа 6, выход формирователя 19 подключен также через инвертор 21 к входу элемента ИНЕ. 22, к второму входу которого подключен выход нуль-органа 3, а выходы элемента И-НЕ 22, инвертора 23 и нуль-органа 4 подключены к соответствующим входам элемента И 24, выход которого подключен к управляющему входу ключа 12, к входу одновибрдтора 25 подключен вход 26 запуска устройства, а выход одновибратора 25 подключен к управляющим входам ключей 5 и 11, нуль-органов 3 и 4, входу инвертора 23 и второму входу элемента ИЛИ-НЕ 20.

Формирователь 19 образцового интервала времени представляет собой одновибратор, длительность выходного импульса которого задана с высокой точностью и стабильна во времени.

Каждый из нуль-органов 3 и 4 представляет собой операционный усилитель и RS-триггер. Входы операционного усилителя являются входами нуль-органа, выход операционного усилителя подключен к S-входу триггера, к R-входу триггера подключен выход одновибратора 25 для установки его в исходное состояние, выход триггера является выходом нуль-органа. Триггер, включенный на выходе операционного усилителя, нужен для того, чтобы после срабатывания нуль-органа и появления логической единицы на его выходе логический нуль уже не смог появиться до нового запуска одн,овиб-г ратора 25.

Устройство работает следующим образом.

Импульс Пуск, поступающий через вход 26 на одновибратор 25, запускает его, и импульс с выхода одновибратора замыкает ключи 5 и 11 на время .своей длительности. При этом ключи 6 и 12 разомкнуты, так как на выходах элементов 20 и 24 - логические нули,Д 51099287 благодаря подаче логической единицы на элемент ИЛИ-НЕ 20 и логического нуля на один из входов элемента И 24 через инвертор 23. Конденсаторы 9 и 16 заряжаются через резисторы 7 и 13. Длительность импульса,, одновибратора 25 достаточна для того, чтобы конденсаторы 9 и 16 зарядились до уровня напряжения Uo. После окончания импульса одновибратора 25 ключи 5 и 11 размыкаются, а ключ 6 замыкается, так как на выходе элемента ИЛИ-НЕ 20 появляется логическая единица, благодаря наличию на его входах логических нулей с выходов одновибратора 25 и элемента И 18, на входах которого - логические нули с выходов нуль-органа 4 и формирователя 19. Конденсатор 9 начинает разряжаться по экспоненциальному закону ,: где t, R,C,; С - емкость конденсатора 9; Кд - сопротивление резистора 8. Дальнейшая работа устройства зависит от того, какое напряжение больше - на входной клемме 1 или на входной клемме 2. Рассмотрим случай, когда напряжение на входной клемме 1 больше напряжения на входной клемме 2 U|}x,Ug), (фиг. 2а). Когда напряжение на конденсаторе 9 достигает уровня Ug, срабатывает нуль-орган 3 и через элемент ИЛИ 17 запускает формирователь 19. При этом ключ 6 не размыкается, так как на второй вход элемента И 18 с выхода нуль-органа 4 продолжает поступать логический нуль. Ключ 12 не замыкается по той же причине (подача логического нуля на один из входов элемента И 24 с выхода нуль-органа. 4). Конденсатор 9 продолжает разряжаться. Когда напряжение на конденсаторе 9 достигает уровня срабатывания нуль-органа 4, на его выходе появляется логическая единица, При этом ключ 6 размыкается благодаря наличию логических единиц на : ходах элемента И 18 и на входе элемента ИЛИ-НЁ 20.. с выхода элёменVa И 18, а ключ 12 замыкается, благо даря наличию логических единиц на всех входах элемента И 24 (с выхода нуль-органа 4, выхода инвертора 23, на вход которого поступает логическийра на лог ра гич тел сво кон по гд ся пул В м (ок мык ден а к ван етс на отк Кон ной ре ны ста нуль с выхода одновибрато25, и Bbixofia элемента И-НЕ 22, один из входов которого поступает ический нуль с выхода инверто21, на вход которого поступает лоеская единица с выхода формировая 19). При этом конденсатор 9 й разряд приостанавливает, а денсатор 16 начинает разряжаться экспоненциальному закону. c.j R2C2: Cj- емкость конденсатора 16; R2 сопротивление резистора 14, Разряд конденсатора 16 продолжаетдо тех пор, пока не окончится имьс на выходе формирователя 19. омент окончания этого импульса ончания интервала Т) ключ 12 разается, а ключ 6 замыкается. Консатор 9 продолжает свой разряд, онденсатор 16 разряд прекращает. Величина напряжения, зафиксироная на конденсаторе 16, определяя следующим образом. Время Т, , за которое напряжение конденсаторе 9 изменяется от , определяется вьфажени- : вХ.(,« уда т.1),еп. денсатор 16 разряжается с постоянвремени Dj течение времеTQ- Т. Напряжение на конденсато16 за это время достигает величиUc eUc.Uc Обозначим вим значение Т из формулы (1), еп(| f . Итак, когда Uex , на конденсаторе 15 фиксируется напряжение, равное отношению Ug, к Ugx2 степ ни Z 111, При t 02 и -к Рассмотрим работу схемы, когда . UBJC (фиг. 2 б). При разряде ко денсатора 9 вначале срабатывает нуль-орган 4 и запускает через элемент ИЛИ 17 формирователь 19. Сраба тывает элемент И 18 и череэ элемент ИЛИ-НЕ 20 размыкает ключ 6. Ра ряд конденсатора 9 прекращается. В то же время элемент И 24 замыкает ключ 12, так как на всех его входах появляются логические единицы. Начи нается разрядконденсатора 16. Посл окончания импульса на выходе формир вателя 19 замыкается ключ 6 и разряд конденсатора 9 продолжается от напряжения до напряжения Ug . В это же время продолжается разряд конденсатора 16. Когда напряжение на конденсаторе 9 достигнет уровня Ugjj , срабатывает нуль-орган 3 и через элемент И-НЕ 22 и элемент И 2 размыкает ключ 12. Разряд конденсатора 16 прекращается. Запуск формирователя 19 не происходит, так как на втором входе элемента ШШ 17 логическая единица с выхода нульоргана 4. Таким образом, общее время разря да конденсатора 16 Время Т2, за которое напряжение на конденсаторе 9 изменяется от UgJ. до Ugj( , определяется аналогично тому, как это бьшо сделано при опре делении времени Т,, когда ( Uexae Sи. откуда ,-engJi-i- . - (2) Напряжение на конденсаторе 16 к концу цикла работы имеет величину IojJj Преобразуем это выражение, воспользовавшись принятым ранее обозначением Т - Подставив в значение Tg из формулы (2), получаем: Для о, ол напряжение U. k.---1 i-г °U9x7 Таким образом, при Ug, Ug, напряжение на конденсаторе 16 экспоненциально падает от уровня UQ за время TQ-T, , а при U5,, за время TO+T, где Т и Tg - время экспоненциального падения напряжения на конденсаторе 9 от уровня большего входного напряжения до меньшего. К концу цикла работы напряжение на конденсаторе 16 пропорционально отношению двух входных напряжений, независимо от того, какое из них больше. Таким образом, данное устройство позволяет измерить как отношение большего напряжения к меньшему, так и наоборот.

X

х:

i/cr

felf

J.«