Устройство для автоматического выбора диапазона измерения переменного напряжения Советский патент 1984 года по МПК G01R15/09 

Вх.

Щ

00 tc ю оо ел

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕС.КОГО ВЫБОРА ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, вход которого подключен к входу устройства, а выход - к выходу устройства и одновременно к входам компараторов верхнего и нижнего пределов, и реверсивный счетчик, выходы которого подключены к управляющим входам усилителя, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия и уменьшения переходных процессов, в него введены усилитель-ограничитель, устройство задержки, два D -триггера и логический элемент НЕ, причем вход усилителяограничителя соединен с входами компараторов, а выход усилителя-ограничителя соединен сJ -входамиD-триггеров и через устройство задержки с тактовыми входами D-триггеров, D-ВХОД первого триггера через логический элемент НЕ соединен с выходом компаратора верхнего предела,) -вход второго триггера - с «ыходом компа9 ратора нижнего предела, выходы Ц-трнг геров подключены соответственно к . суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика.

Ф1/г./ Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в различных радиотехнических устройствах. Известно устройство для автомати ческого выбора диапазона измерения переменного напряжения, содержащее усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, вход, которого являет ся входом устройства, а выход - выходом устройства, компараторы верхн го и нижнего пределов, входы которых соединены с выходом усилителя, и ре версивный счетчик, входы которого соединены с выходами компараторов, а выходы - с управляющими входами усилителя 1. Недостатком этого устройства является большая интенсивность и дли.тельность переходных процессов, что приводит к увеличению погрешности измерений измерителей переменного н пряжения, в которых используются данные устройства. Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматичес кого выбора диапазона измерения пер менного напряжения, содержащее усил тель с переключаемым коэффициентом усиления, вход которого подключен к входу устройства, а выход - к выход устройства, амплитудный детектор, включенный между выходом усилителя и входами компараторов верхнего и нижнего пределов, выходы которых че рез реверсивньй счетчик соединены с управляющими входами усилителя 2 Недостатком данного устройства я ляется низкое быстродействие, поско ку при выборе диапазона анализирует ся сигнал после амплитудного детектора и в результате время выбора диапазона равно: -И, где Гдет постоянная времени ампли тудного детектора; . h - число переключаемых диапазонов между двумя последовательными измерениями. Недостатком устройства является также большая интенсивность и длительность переходных процессов, поскольку переключение коэффициента усиления производится в произвольные моменты времени, хотя минимального значения они достигают в случае, если изменение коэффициента усиления 35 . .-; происходит в момент перехода сигнала через ноль. Измеритель переменного напряжения, в котором используются данные устройства, автоматически производит определенное количество единичных измерений в единицу времени, затем автоматически их усредняет и таким образом получает результат измерения. Из-за значительной длительности и интенсивности переходных процессов, возникающих при переключении диапазонов, нельзя сократить интервалы времени между единичными измерениями, поэтому число единичных измерений, т.е. усредняемых величин, ограничено, из-за чего ограничена точность .результатов усреднения, т.е. результата измерения измерителя переменного напряжения. При использовании данного устройства в измерите.лях переменного напряжения переходные процессы, возникающие во время переключения диапазонов, увеличи вают погрешность измерений. . Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства, а также уменьшение переходных процессов. I Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического выбора диапазона измерения, содержащее усилитель с переключаемым коэффициентом усиления, вход которого подключен к входу устройства, а выход - к выходу устройства и одновременно к входам компараторов верхнего . и нижнего пределов, и реверсивный счетчик, выходы которого подключены к управляющим входам усилителя, введены усилитель-ограничитель устройство задержки, дваD-триггера и логический элемент НЕ, причем вход усилителя-ограничителя соединен с входами компараторов, а выход усилителя-ограничителя соединен с S -входами J)-.триггеров и через устройство задержки - с тактовыми входамиD-триггеров, D-вход первого триггера через логический элемент НЕ соединен с выходом компаратора верхнего предела,) -вход второго триггера - с выходом компаратора нижнего предела, . выходы Р-триггеров подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 (а-з) - диаграммы, поясняющие работу устройства (где на фиг. 2а - напряжение на входе устрой ства; на фиг. 26 - напряжение на выходе устройства; на фиг. 2в - напряжение на входеD-триггера 7; на фиг. 2г - напряжение на входе D-триг гера 8; на фиг. 2д - напряжение, поступающее на S -входы D -триггеро-в 7 и 8; на фиг. 2е - импульсы, поступающие на тактовые входыD-триггеров 7 и 8; на фиг. 2ж - импульсы, поступающие на вход реверсивного счетчика 9 при выходе входного сигнала за верхний предел диапазона; на фиг.2зимпульсы, поступающие на вход реверсивного счетчика 9 при выходе входного сигнала за нижний предел диапазона). Устройство содержит усилитель 1 с переключаемым коэффициентом усиления, компаратор 2 верхнего предела., компаратор 3 нижнего предела, усилитель-ограничитель 4, логический элемент 5 НЕ, устройство 6 задержки, 1)-триггеры 7 и 8, реверсивный счетчик 9. Вход устройства соединен с входом усилителя 1 с переключаемым коэффици ентом усиления, выход которого подключен к входу усилителя-ограничителя 4, а также к первым входам компараторов 2 и 3 соответственно верхнего и нижнего пределов, на вторые входы которых подаются постоянные на пряжения и и U2, соответственно верх него и нижнего пределов, выход компаратора 2 через логический элемент 5 НЕ подается на D -вход2) -триггера 7, а выход усилителя-ограничителя 4 соединен с 5-входами триггеров 7 и 8;.и через устройство 6 задержкис тактовыми входами этих триггеров, вькоды триггеров 7 и 8 соединены соответственно с суммирующим и вычитаю щим входами реверсивного счетчика 9, выходы которого соединены с управляю щими входами усилителя 1 с переключаемым коэффициентом.усиления. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал (фиг, 2а) через усилитель 1 с переключаемым коэффици ентоМ усиления подается на вход компараторов 2 и 3. С выхода компаратора 2 сигнал через логический элемент 5 НЕ подается на вход D ттриггера 7 (фиг. 2в - сигнал на входе D-триггера 7). С выхода компаратора 3 сигнал (фиг. 2г) подается на вход J)-триггера 8. На тактовые входа D-триггеров сигнал с выхода усилителя 1 подается через усилитель-ограничитель 4 и устройство 6 задержки, которое осуществляет задержку на четверть периода входного сигнала с тем, чтобы передний фронт импульсов, поступающих на тактовые входы I) -триггеров 7 и 8 (фиг. 2е), соответствовал максимальному мгновенному значению. Если входной сигнал находится внутри заданного диапазона, то в момент прихода тактового импульса t на входах триггеров 7 и 8 напряжение равно логической 1 и сигнал с выхода yci-шителяограничителя (фиг. 2д), подающийся на -входы триггеров не меняет их состояния (логическая 1), в результате на входы реверсивного счетчика не поступают счетные импульсы и он не меняет своего состояния. При выходе входного напряжения за границы диапазона сигнал на входе соответствующего триггера в момент прихода тактового импульса (t;, , tj, tj) равен логическому О и триггер (7 при выходе за верхнюю границу диапазона, 8 при выходе за нижнюю границу) изменит свое состояние с логической 1 на логический О. В результате в моменты времени t, t, и tg, когда на 1 -входы триггеров 7 и 8 подается логический О с выхода усилителяограничителя 4, выход одного из них (7 в моменты времени tj или t/,, 8 в моменты времени t) перейдет из состояния логического О в состояние логической 1, т.е. на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 9 при выходе входного сигнала за пределы диапазона подаются импульсы (фиг. 2ж - при выходе за верхний предел, фиг. 2з - при выходе за нижний предел), при этом реверсивный счетчик меняет свое состояние, что приводит к изменению кода на управляющих входах усилителя с переключаемым коэффициентом усиления и к соответствукфему изменению коэффициента усиления. В результате сигнал на выходе усилителя 1 с переключаемым коэффициентом усиления (фиг. 26) всегда находится в заданном диапазоне независимо от пределов изме нения сигнала на входе устройства (фиг.2а. Таким образом, благодаря отсутствию в пре,цлагаемом устройстве амплитудного детектора, инерциейHdCTb которого значительно уменьшает быстродействие устройства, а также тому, что анализ выхода переменного напряжения за пределы диапазона происходит каждый его период в момент максимума его мгновенного значения , быстродействия предлагаемого устройства значительно повысилось по сравнению с прототипом.

Кроме того, тот факт, что само переключение происходит в момент пе рехода входного сигнала через ноль, приводит к уменьшению переходных процессов, возникающих во время переключения диапазонов, за счет чего точность измерения измерителей переменных напряжений, в которых используют предлагаемое устройство, повысится в несколько раз. Jl-J|LJ|LJ L-r|L-n ijiijij4 rti rt-i r io ft5 t

Фиг. 2 - f tste