Преобразователь интервал-напряжение Советский патент 1987 года по МПК H03K9/08 

Предлагаемый преобразователь интервал-напряжение относится к импульсной технике, касается вопроса преобразования широтно-Модулирован- ньпс сигналов в напряжение и может найти применение в автоматике, телемеханике и вычислительной технике„

Целью изобретения является повышение точности преобразования и расширения динамического диапазона преобразуемого сигнала.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы работы - устройства на фиг. 3 и 4 - примеры конкретного выполнения преобразователя.

Преобразователь интервал-напряжение содержит источник 1 постоянного тока, формирователь 2 биполярных импульсов, блок 3 цепей заряда, клю1

40

чи 4 и 5 коммутирующие, блоки 6,7 накопительные, ключи 8,9 разряда, блок Ю управления и разностный блок 25 11. При этом входная шина соединена с входом блока 10 управления, один из выходов блока 3 цепей заряда сое- динен с входом первого коммутирующего Ключа 4, выход которого соединен с 30 первым входом первого накопительного блока 6, первый вход второго накопительного блока 7 соединен с выходом второго коммутирующего ключа 5, Выход источника 1 постоянного тока 35 соединен с входом формирователя 2 биполярных импульсов, выход которого Соединен с входом блока 3 заряда цепей, второй выход которого соединен с входом второго коммутирующего ключа 5, первый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом формирователя биполярных импульсов, второй выход блока 10 управления - с управляющим входом второго ключа 9 разряда, первые и вторые выходы которого соединены с соответствующими входами второго,накопитель- .ного блока 7, четвертый выход блока 10 управления - с управляющим вхо-50 дом первого ключа 8 разряда, первые и вторые выходы которого соединены с соответствуннцими входами первого накопительного блока 6, третий и пятый выходы блока 10 управления сое-55 динены с управляющими входами первого к второго коммутирующих ключей 4 и 5 соответственйо, причем выходы накопительных блоков подключены к

5

5

fO

15

25 о 30 35--50 -55 87272 2

входам разностного блока 11, выход которого соединен с выходной шиной,. Первые входы элементов И 13 и 14 соединены с прямым и инверсным выходами триггера 12, соответственно вторые входы элементов И 13 и 14 объединены и подсоединены к входу блока управления, выходы элементов И 13 и 14 подключены к входам элементов НЕ 15 и 16 соответственно, выходы которых, а также выходы элементов И 13 и 14 и прямой выход триггера подсоединены, соответственно, к третьему, пятому, четвертому, второму и первому выходам блока управления 10.

Преобразователь работает следующим образом.

Входные импульсы (диаграмма Q - I преобразуемый интервал соответствует отрицательному импульсу) поступают на блок 10 управления, на выходе которого вырабатьшаются импульсы, равные по длительности периоду входного сигнала (диаграмма 6 ), а также импульсы, равные паузе входного сигнала и следующие поочередно через период входного сигнала (диаграммы fe , г), и инверсные им сигналы (диаграммы j, м ) .

На формирователе 2, управляемом импульсами с блока 10 управления (диаграмма S ), формируются биполярные сигналы (диаграмма е ).

20

В начальный момент времени to открыт ключ В разряда, управляемый по- |ложительными импульсами с четвертого выхода блока 10 управления (диаграмма Ь ) и коммутирующий ключ 4, управляемьй импульсами с третьего выхода блока 10 управления (диаграмма ж), что обеспечивает разряд конденсатора накопительного блока 6 и поддержание данного состояния до момента времени tj (диаграмма и) .

Начиная с момента времени 8 разряда закрывается и напряжение на выходе блоков начинает линейно возрастать, так как на его вход поступает импульс положительной полярности от формирователя 2 диаграммаё ).

В момент времени tt ключ 4 закрывается (диаграммам), отключая накопительный блок 6 от цепи заряда, обзспечивая тем самым режим хранения напряжения.

Начиная с -момента времени t вноиь открывается ключ 4, пропуская на вход

накопительного блока 6 от формирователя 2 импульс отрицательной полярности, равный по амплитуде импульсу положительной полярности. При этом происходит перезаряд конденсатора накопительного блока 6 до нулевого значения (момент времени t,) так как время i заряда ( tj) и время разряда (Ц- tj) и время разря а (ц- t) равно длительности информационного сигнала ut - t., . Далее (t - tj) открывается ключ 8 разряда (диаграмма Ь ), поддерживая нулево уровень на конденсаторе накопительного блока 6, затем процесс повторяется.

Каждый период времени ключ разряда обеспечивает стабилизацию выходного сигнала за счет привязки к нулевому уровню, что особенно важно при использовании интегралов на операционных усилителях, в которых без подобного разряда произошло бы сползание выходного напряжения и тока смещения усилителя.

Аналогичйо работает второй накопи тельный блок 7 (диаграмма k ), подключаемый к формирователю 2 через ключ управляемый импульсами блока 10 управления (диаграмма г) и разряжаемый ключом 9, управляемый импульсом цо диаграмме ж . При этом в накопительном блоке формируются импульсы, аналогичные импульсам накопительного блока 6, но отрицательной полярности (диаграмма К ) относительно нулевого уровня.

В разностном блоке 11 напряжение накопительного блока 7 (диаграмма к) вычитается из напряжений накопительного блока 6 (диаграмма и ), резуль- тат отражен на диаграмме

Изменение длительности информационного сигнала в сторону уменьше- нияСдГц dtj) или в сторону увеличения (Atg Aty ) вызьшает изменени выходного сигнала после окончания информационного импульса без наличия

напряжения, соответствующего процессу 50 полнительный положительный эффект - отработки.

Благодаря введению процесса перезаряда получена такая форма сигналов на выходах накопительных блоков, что их непосредственная разность в 55 каждый момент времени формирует выходной сигнал преобразователя. Таким образом, обеспечена непосредственная связь накопительных блоков с разностуменьшение динамической погрешности преобразования за счет исключения пульсации выходного сигнала. Уменьшается также составляющая погрешности, вносимая накопительным блоком в режиме хранения, так как время хранения соответствует длительности паузы между информационными импульсами, в то время как в про

ным блоком, вследствие чего при изменении входного сигнала сохраняется неизменным выходное сопротивление накопительных блоков, а следовательно, повышается точность преобразования. Действительно, при использовании в качестве разностного блока 11, например, дифференциального усилите - ля выходное напряжение преобразователя определяется как

V -VK 14

вх

где

RBXROCсопротивление на входе усилителя,

сопротивление обратной связи,

VKвыходное напряжение накопительного блока. При коэффициенте передачи К 1 RO 1Ц., тогда

8Ы)с

V.

Аналогично подключение дифференциального усилителя к известному устройству в качестве буферного обеспечит на выходе преобразователя, напряжение по формуле

тт тт ОС

ри к

eblX

1

ык

RK«

1

tCft

+ - t

ах

дК

КА

l-W

При использовании усилителей с высоким входяым сопротивлением входное сопротивление может быть выбрано большим, что снизит погрешность преобразования, в то время как в предлагаемом преобразователе данная погрешность полностью исключается при использовании любых усилителей.

Кроме того, непосредственное подсоединение накопительных блоков к разностному блоку обеспечивает дополнительный положительный эффект -

уменьшение динамической погрешности преобразования за счет исключения пульсации выходного сигнала. Уменьшается также составляющая погрешности, вносимая накопительным блоком в режиме хранения, так как время хранения соответствует длительности паузы между информационными импульсами, в то время как в прототипе время хранения равно периоду информационных импульсов.

Действительно, изменение напряжения накопительного блока Д V в режиме хранения соответствует

AV. ;c 1 V. dt 5--VK,(T-t,«.

Аналогично для прототипа

v, р - v,dt - -i- V,. т ,

к о

где RK - сопротивление ключей в закрытом состоянии; длительность информационного импульса; Т - период следования входных

импульсов.

Диапазон изменения входного сигнала определяется, с одной стороны, порогом чувствительности накопительных блоков, с другой стороны, шириной импульса, необходимого для полного разряда конденсатора накопительных блоков.

При использовании интеграторов На операционных усилителях нижний предел преобразуемых интервалов может быть приближен к нуле1вс5му. Поскольку в статическом режиме р азряд обеспечивается перезарядом конденсатора до нулевого уровня, а ключи разряда лишь поддерживают данное состояние, то верхний предел входного импульса близок к значению периода следования импульсов, отличаясь на длительность, необходимую дпя работы элементов схемы, т.е. определяется их быстродействием.

.формула изобретения

Преобразователь интервал-напряжение, содержащий источник постоянного тока, блок цепей заряда, два коммутирующих ключа, два накопительных блока, ключ разряда, блок управления, содержащий триггер, входную и выходную шины, при этом входная шина соединена с входом триггера блока управления, один из выходов блока цепей заряда соединен с входом первого

коммутирующего ключа, выход которого соединен с первым входом nepBoi o накопительного блока, первый вход второго накопительного блока соединен

с выходом второго коммутирующего ключа, отличаю.щийся тем, что, с целью повьппения точности преобразования и расширения динамического диапазона преобразуемого сигнала, в него

введены формирователь биполярных импульсов, второй ключ разряда и разностный блок, при этом выход источника постоянного тока соединен с входом формирователя биполярных импульсов,

выход которого соединен с входом блока цепей заряда, второй выход которого соединен с входом второго коммутирующего ключа, первый выход блока управления соединен с управляющим входом формирователя биполярных импульсов, второй выход блока управления - с управляющим входом второго ключа разряда, первый и вторые выходы которого соединены с соответствующими

входами второго накопительного блока, четвертый выход блока управления - с управляющим входом первого ключа разряда, первые и вторые выходы которого соединены с соответствующими

входами первого накопительного блока, третий и пятый выходы блока управления соединены с управляющими входами первого и второго коммутирующих ключей соответственно, причем выходы

накопительных блоков подключены к входам разностного блока, выход которого соединен с вьиодной шиной, причем блок управления дополнительно содержит два элемента И и два элемента НЕ, первые входы первого и второго элементов И соединены с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, вторые входы первого и второго элементов И объединены и под- ключены к входу блока управления,

выходы первого и второго элементов И . подключены к входам первого и второго элементов НЕ соответственно, выходы которых, а также выходы первого и

второго элементов И и прямой выход триггера подсоединены соответственно к третьему, пятому, четвертому, второму и первому выходам блока управления.

.3

Редактор М.Циткина

Составитель Е.Суров

Техред И.Попович Корректор М.Пожо

Заказ 7728/58 Тираж 899Подписное

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9ut.

Изобретение может быть использовано в автоматике при преобразовании широтно-модулированных дигналов в напряжение. Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение динамического диапазона преобразуемого сигнала. Преобразователь содержит источник 1 постоянного тока, блок 3 цепей разряда, ключи 4 и 5 коммутирукицие , блоки (ЕЙ) 6 и 7 накопительные, ключ 8 разряда и блок 10 управления. В устройство введены формирователь 2 биполярных импульсов, ключ 9 разряда и разностньй блок 11. Благодаря введению процесса перезарядки получена такая форма сигналов на быходах БН 6 и 7, что их непосредственная разность в каждый момент времени формирует выходной сигнал преобразователя. Таким образом, обеспечена непосредственная связь БН 6 и 7 с разностным блоком 11, вследствие чего при изменении входного сигнала сохраняется неизменным выходное сопротивление БН 6 и 7, а следовательно, повышается точность преобразования. Кроме того, уменьшается динамическая погрешность преобразования за счет исключения пульсации выходного сигнала. 4 ил. (Л с ND 00 1C ч 1C Фм,г. /