Преобразователь напряжения в длительность импульсов Советский патент 1985 года по МПК H03M1/50 

111 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике для построения цифровых приборов, измеряющих среднее и эффективное значения напряжения (тока), и мощности сигналов переменного и постоянного; тока, а также для построения различного рода функшюнальных преобразователе;й. Известен преобразователь напряжения в длительность имх льсов, содержащий два интегратора, два компаратора, два триггера, гене ратор опорной частоты, ключи flj. Недостатком преобразователя является его сложность. Наиболее близким к предлагаемому являет. ся преобразователь напряжения в длительность импульсов, содержащий источник входного сигнала, задаюищй генератор, резистор,компаратор, блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора, суммирующий интегратор, выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной щиной и через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генератора, а четвертый вход соединен с общей шиной 2}. Недостатком известного преобразователя является ограниченность функциональных возможностей, так как преобразователь позволяет производить только линейное преобразование входного сигнала в длительность импульсов. Цель изобретения - расширение фзшкциональных возможностей преобразователя за сче получения выходного сигнала, длительность которого квадратично зависит от входного. Указанная цель достигается тем, что в преобразователь нащ яжения в длительностьность импульсов, содержащий источники входного сигнала, задающий генератор напряжения прямоугольной формы, резистор, компаратор, блок стабштизащга амплитуды напряжения компаратора, суммирующий интегpaTopi выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной щиной непосредственно и через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора - с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого срединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а четвертый вход соединен с общей щиной, введен логический элемент НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами компаратора и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а выход - с второй выходной щиной. На фиг. приведена структурная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы работы. Преобразователь содержит суммирующий интегратор 1, в состав которого входят резисторы 2, 3 и 4, операционный усилитель 5 конденсатор 6. Выход суммирующего интегратора 1 подключен к неинвертирующему входу компаратора 7, выход которого служит первым выходом преобразователя, с линейной зависимостью между разностью длительностей выходных илтульсов и входным сигналом, выход компаратора 7 через блок 8 стабилизации амш1итуды напряжения компаратора подключен к входному резистору 2 суммирующего интегратора 1 и непосредственно к первой выходной щине, к входному резистору 3 подключен источник 9 входного сигнала x(t), а к входному резистору 4 - выход задающего генератора 10 напряжения прямоугольной формы (меандр), выходы генератора 10 напряжения прямоугольной формы и компаратора 7 подключены к входам логического элемента 11 НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или РАВНОЗНАВДОСТЬ, выход которого служит вторым выходом преобразователя, резисторы 2, 3 и 4 подключены к первому входу . операционного усилителя 5, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход через конденсатор 6 соединен с его первым входом, выход суммирующего инвертора 1 через резистор 12 соеданен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной. Преобразователь работает следующим образом. Для правильной работы преобразователя ток, поступающий в суммирующий интегратор 1 от задающего генератора 10, должен быть всегда больше суммы токов, поступающих от источника 9 и с выхода блока 8. Если принять, что сопротивления резисторов 2, 3 и 4 равны, то указанное условие запишется в виде lUrl|UJ+|8t(t)|.(1) , при выполнении этого условия направление изменения напряжения на суммирующем интеграторе 1 всегда определяется знаком напряжения задающего генератора 10. Для упрощения анализа примем также, что входной сигнал x(t) является сигналом постоянного тока или, что за время периода задающего J1 генератора Т изменением напряжения входкого сигнала можно пренебречь. В момент времени, когда изменится знак напряжения генератора 10 с отрицательного на положительный (точка а на фи1.2), напря женке интегратора 1 начинает уменьшаться по закону nu;RCгде U, Ug - амплитуды напряжения на вы ходе задающего генератора 10 и блока 8; и . - напряжение на выходе ннтегр тора в момент а; R - сопротивление резисторов 2, 3 и 4 (приняты равными); С - емкость конденсатора 6. В момент времени f напряжение на интег patope 1 достигает нулевого уровня, что вызывает переключ«1ие компаратора 7 из уровня положительного насыщения до уровня отрицательного насыщения (напряжение на . выходе блока 8 станет равным - Цо). Длительность интервала времени между мо ментами а и б определяем, приравняв нулю( 1 1 71-77 U, При переключении компаратора 7 напряже ние на выходе суммирующего интегратора 1 становится от|Я1цательным и продолжает уменьшаться, а скорость его изменения уменьшается , иКС К моменту времени Ь, когда изменится знак напряжения, напряжение на интеграторе достигает уровня ) g.-.r-V RC U 1/ где Т - пертюд задающего генератора 10. С зтого момента изменяется направление и скорость интегрирования -ЦГ-ЦР RC В MOMeirr времени г напряжение 0 достигает нуля и компаратор 7 снова переключ ется до уровня положительного насыщения. Интервал времени tj находим, приравняв (6) нулю t.RC ,х С момента времени г напряжение интегра ра 1 становится положительным и продолжа увеличиваться по закону . Ur + U. + x U - - 0 j. RC В момент времени д, когда вновь произойет переключение полярности задающего геератора 10, напряжение на интеграторе I остигнет положительного максимума ., , п- fic-V-- W CM В установившемся режиме зиачения амплитуд напряжения интегратора U и должны быть равны. Приравняв значения U в (ЗУ-и и в (9), получим соотиошеиие .r,/2-t/ и,и,х Аналогичио, приравнивая значения Цд в (5) и (7), получим T,, U,.U,-x /- /3Ur-Uo Из (10) и (II) определяем интервалы ремени t., и t, t-I-L iVlRHiiVi), ,,., 4oX , () МЦ № равенств - t,, t.j пределяем длительности интервалов , Jr (У К Г-ЦО-) 1 л 7 ПГ. , (У)() -иЖ Разность длительностей импульсов на выходе омпаратора 7 равна - 9,f.,H;)-(v.h , (1М .е. с выхода компаратора 7 снимают сигнал, лительность которого линейно зависит от ходного сигнала. На выходе логического элемента 11 за ериод Tf. задающего генератора 10 получают. я четыре интервала t, t2, tj и t. интервалах времени t и tj выходной игнал равен логическому нулю, а в интералах t J и t - логической единице. Разость длительностей зтих интервалов равна и.-х , ,-vt,. V2(i,u,)T - u;u7

Разность длительностей импульсов на выходе логического элемента 11 содержит составляющую, пропорциональную входного сигнала.

Таким образом, технико-экономическим преимуществом изобретения является расщирение функциональных возможностей преобразователя, постоянство цикла преобразователя.

что значительно облегчает дальнейшее преобразование разности длительностей в цифровой код, а также отсутствие пропусков информации о входном сигнале за весь цикл преобразования.

В качестве базового объекта может быть выбран цифровой мультиметр ткпа Ф4852.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ, содержаний источник входного сигнала, задающий генератор напряжения прямоугольной формы, резистор, компаратор, блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора, суммирующий интегратор, выход которого через резистор соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первой выходной тиной непосредственно и через блок стабилизации амплитуды напряжения компаратора - с первым входом суммирующего интегратора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами источника входного сигнала и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а четвертый вход соединен с об-гщей щиной, отличающийся тем, что, с целью расииирения функцио1гальных i возможностей, в него введен логический элемент, (Л НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ или РАВНОЗНАЧНОСТЬ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами компаратора и задающего генератора напряжения прямоугольной формы, а выход - с второй выходной шиной.

м

n

)