Преобразователь напряжения во временной интервал Советский патент 1986 года по МПК H03M1/50 

1

12

Изрбретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи аналоговых источников информа:1щи с цифровым вычислительным устройством

Цель изобретения - ловьшение быстродействия преобразователя напряжения во временной интервал.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователяj на фиг.2 схема формирователя импульсов; на фиг. 3 и 4 - эпюры напряжения при положительном и отрицательном вход- НЕЛх напряжениях соответственно.

I

Преобразователь напряжения во

временной интервал (фиг.1) содержит генератор 1 пилообразного напряжения, подключенный к одним входам первого 2 и второго 3 компараторов, выходы которых подключены к элементу ИЛИ 4 и элементу И 5, выход которого через формирователь 6 импульсов подключен к управляющему входу источника 7 тока, выход источника 7 подключен к входу генератора 1, выход компаратора 3 подключен к информационному входу -D -триггера 8, выход компаратора 2 подключен к синхронизирующему входу D-триггера 8, выход которого подключен к индикатору 9 знака, другой вход компаратора 2 является входом преобразователя, другой вход компаратора 3 соединен с общей тиной, а выход элемента 4 является выходом преобразователя.

Фopkиpoвaтeль 6 импульсов содержит источник 10 постоянного тока, выход которого подключен к одному входу ключа 11 и через разделительный элемент (конденсатор) 12 - к входу компаратора 13 и одном выводу токоограничивающего элемента (резистора) 14, выход компаратора 13 подключен к одному входу элемента ИЛИ 15, выход элемента 15 подключен к другому выходу ключа 11, другому выводу токоограничивающего элемента 14 и является выходом блока 6.

На эпюрах напряжений (фиг.3,4) введены следующие обозначения: U, - выход генератора 1; U. выходы компараторов 3 и 2, U4 выходное напряжение преобразователя; Ug- выход элемента И 5; Ug - выход формирователя 6 импульсов.

69

Иреобразовател работает следую- образом.

При входном напряжении положительной полярности (фиг.З) в момент

времени i, Ешчался процесс уменьшения напряжения отрицательной полярности с выхода генератора 1 пилообразного напряжения. Это напряжение прикладывается к неинвертирующим входам компараторов 2 и 3, поэтому на их выходах возникает напряжение, соответствующее логическому нулю, которое подается на логические элементы 4 и 5 и на их

выходах напряжение равно нулю. Триггер 8 установлен в состояние, определяемое предшествуюг пми сигналами.

В момент времени tg уровень напряжения на выходе генератора 1 превысит уровень напряжения на инвертирующем входе компаратора 3, равного нулю, компаратор 3 сработает и на его выходе будет сформировано напряжение положительной полярности,

соответствующее логической единице. Это напряжение прикладывается к входу логического элемента ИЛИ 4, вследствие чего на его выходе формируется передний фронт выходного положительного напряжения U.

Положительное напряжение с выхода компаратора 3 поступает на информационный вход Л -триггера 8, однако срабатывание триггера 8 не произойдет, информация на его выходе сох

ранится по предшествующим сигналам, которые, были поданы до момента времени t

В момент времени tj напряжение с выхода генератора 1 пилообразного напряжения превысит входное напряжение, поступающее на инвертирующий вход компаратора 2, компаратор 2 сработает и на его выходе U будет сформирован передний фронт положительного напряжения.

Сформированное н-Ьпряжение на выходе компаратора 2 подается на синхронизирующий С-вход триггера 8. По

переднему фронту этого импульса

триггер 8 устанавливается в соответствии с входным сигналом на входе D т.е. на его выходе будет напряжение положительной полярности, которое подается на индикатор 9 знака.

Одновременно с этим будет сфор- мирован передний фронт импульса на выходе элемента И 5, так как на его

входах присутствуют сигналы, соответствующие логической единице.

Импульс с выхода логического элемента И 5 подается на вход формирователя 6, назначением которого является формирование выходного импулса, передний фронт которого строго по времени совпадает с передним фронтом импульса с выхода элемента И 5, а длительность выходного импульса пропорциональна периоду между предшествующим импульсом и импульсом, сформированным в момент времени tj.

Импульс.с выхода формирователя 6 подается на управляющий вход источника 7 тока, вследствие чего на его выходе формируется ток разряда накопительных элементов генератора 1 в течение времени действия напряжения с выхода формирователя 6.

Чем больше величина входного напряжения, тем большее максимальное напряжение на выходе генератора 1, тем больше накопительный заряд элементов генератора 1 пилообразного напряжения, тем большее время требуется для разряда этих накопительных элементов, тем реже формир татся импульсы на выходе элемента И 5, тем шире импульс на выходе формирова- т еля 6.

Начиная с момента t включения источника 7 тока, напряжение на выхде генератора 1 уменьшается. В момент времени, когда напряжение генератора 1 станет меньше входного напряжения Ug компаратор 3 возвратится в исходное состояние и напряжение на входе элемента 4 ИЛИ становится равным нулю, что приводит к прекращению формирования выходного 4 импульса. Однако состояние выходного сигнала на выходе формирователя 6 не изменяется.

Формирователь 6 будет поддерживаться в единичном состоянии до момента времени Ц , определяемого его параметрами. Для надежного разряда накопительных элементов генератора длительность импульса с выхода формирователя 6 устанавливается несколко большей или равной необходимому времени разряда накопительных элементов (максимальной амплитуды входного напряжения преобразователя и gj),

Начиная с момента времени i на входе источника 7 тока, напряжение

становится равным нулю и ток разряда с выхода источника 7 тока прекращается, вновь начинается накопительных элементов генератора 1

и уменьшение отрицательного потенциала на выходе генератора 1, т.е. цикл работы повторяется.

Залтний фронт выходного импульса и преобразователя формируется в

0 момент времени когда напряжение с выхода генератора 1 станет меньше величины нулевого потенциала, поданного на инвертирующий вход компаратора 3, и он возвращается в ис5 ходное состояние, при этом на выходе и входе элемента ИЛИ 4 напряжение становится равным нулю и формируется задний фронт выходного импульса. Гстительность выходного импульса

0 составляет суммл времени нарастания и убывания напряжения на выходе генератора 1 между порогами срабатывания компараторов 2 и 3.

и оОщем случае время нарастания

5 и спада пилообразного напряжения на выходе генератора 1 может быть различным (как в большую, так и в меньшую стороны), однако для обеспечения оптимального использования накй пительных элементов генератора ; рекомендуется эти времена делать одинаковыми.

На фиг. 4 показа цикл работы, когда входное напряжение имеет отрицательную полярность. В этом случае первым -сработает компаратор 2, а вторым - компаратор 3, при этом даль;1ей111ая работа - аналогичная, за исключением того, что теперь на синхронизирующгй вход триггера 8 будет поступать импульс тогда, когда на его информационном входе напряжение равно нулю. Индикатор 9 знака будет показывать О, соответствующий отрицательному значению входного напряжения.

Из эпюр напряжений (фиг.4) видно, что цикл работы преобразователя и, соответственно, частота формирования импульсов на входе формирователя 6 уменьшена. Следовательно, цикл работы преобразователя зависит от величины входного напряжения.

Формирователь (фиг.2) работает следующим образом.

5 в течение времени между импульсами {Jj происходит заряд конденсатора 12 от источника 10 тока положительной полярности.

0

5

0

5

0

Ток заряда конденсатора 12 создает на инвертирующем входе компаратора 13 положительный потенциал, вследствие чего на его выходе фор- мируется напряжение отрицательной полярности. При этом ключ 11 закрыт

Величина напряжения, до которого заряжается конденсатор 12, прямо пропорциональна времени меж,цу пе- редним фронтом выходного импульса t и времени t, формирования заднего фронта, предшествующего выходного импульса.

При наличии входного импульса формирователя 6 на выходе элемента 15 ИЛИ формируется импульс напряжения положительной полярности, который поступает на выход формирователя 6, одновременно подается на управляющий вход ключа 11, который открывается, замыкая соединенную с ним обкладку конденсатора 12 на шину нулевого потенциала.

В связи с тем, что заряд конденсатора 12 мгновенно измениться не может, то на его обкладке, подключенной к компаратору 13, формируется относительно шины нулево-

го потенциала отрицательное напряжение, В .результате на выходе формирователя 6 формируется напряжение положительной полярности.

Управляя величиной сопротивления резистора 14, изменяют длительноЬть выходного импульса формирователя 6, которая может так же управляться путем изменения силы тока с источника 10.

Положительный потенциал на выходе компаратора 13 будет до тех пор пока существует ток разряда конденсатора 12,

При уменьшении тока разряда конденсатора 12 до величины, меньшей чувствительности компаратора 13, ключ 11 размыкается, конденсатор 12 вновь начнет заряжаться, напряжение на выходе компаратора 13 становится отрицательным и все описанные процессы повторяются. Длительность выходных импульсов формирователя 6 пропорциональна периоду следования его выходных сигналов.

В преобразователе применен ациклический режим работы генератора пилообразного напряжения, что повьша- ет быстродействие преобразователя.

Фиг.1

. ч.,м,

)

Ьо CV-CD12

I /4|хГ

1/1 III

L.iUnnV i Ir LL..JJ

r-Khf

J b I

и

гг

I /4|хГ

1/1

L.iU

nnV Ir LL.

r-Khf

J b I

и

iix

и

и

и

и

и.

Редактор Л. Авраменко

Составитель А. Смирнов

Техред 3.Палий- Корректор С, Шекмар

650/60Тираж 818 Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПИП Патент, г..Ужгород, ул. Проектная,4

ФиеЛ