Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения Советский патент 1987 года по МПК G01R29/02 

Изобретение относится к и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре но проверке прецизионных генераторов нило- образного напряжения и токов, в аппаратуре по измерению формы и параметров периодических сигналов, в системах автоматики.

Цель изобретения - повышение быстро действия устройства,

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения нелинейности пилообразного напряжения..

Устройство содержит входную шину 1, блок 2 сравненияi формирующий блок 3, источник 4 опорного напряжения, первый и второй элемент 5 и 6 задержки, -первый счетчик 7, третий элемент И 8, генератор 9 опорных импульсов, дополнительный элемент И 10, второй счетчик 11, дополнительный триггер 12, соответственно первые и вторые вентильные группы 13 и 14, блоки 15 и 16 сравнения кодов, регистры 17 и 18 памяти, элемент ИЛИ 19, первый и второй элементы И 20 и 21, второй и первый триггеры 22 и 23, блок 24 вычисления и управления и третий элемент 25 за- держки.

Вход 1 устройства подключен ко входам блока 2 сравнения и формирующего блока 3, выход блока 2 сравнения подключен, во-первых, к первому входу .источника опорного 4 напряжения, выход которого соединен со вторым входом блока 2 сравнения, а во-вторых, через последовательно соединенные элементы 5 и 6 задержки ко входу уста новки в нуль счетчика 7, счетный вход которого через элемент И 8 соединен с выходом генератора 9 опорных импульсов и со входом элемента И 10, выход элемента И 10 через дополнитель ный счетчик 11 подключен к дополни- входу счетчика 7 и к первому входу триггера 12, второй вход ко- Topoi o соединен с выходом блока 2 сравнения, а выходы подключены ко вторым входам элементов И 8 и 10, Выходы разрядов счетчика 7 подключены ко входам вентильных групп 13 и 14, а также к первым входам блоков 15 и 16 сравнения кодов, при этом вторые входы блоков 15 сравнения кодов соединены с выходами вентильной группы 13 через регистр 17 памяти, а вторые входы блока 16 сравнения кодов соеди-

нены с выходами вентильной группы 14 через регистр 18 памяти, управляющий вход вентильной группы 14 через элемент HJEi 19, элеме т И 20 подключен к выходу триггера 22, первый вход которого, соединен с выходом счетчика 1I; а второй вход соединен с выходом схемы сравнения кодов 16, при этом второй вход элемента ИЛИ 19 через элемент И 21 соединен с выходом элемента 5 задержки и с выходов триггера 23, вход которого подключен к выходу элемента И 21, выход формирующего блока 3 подключен к первому входу блока 24 вычисления и управления, вторые и третьи входы которого соединены с выходами регистров 17 и 18 памяти, а выход подключен ко второму входу источника 4 опорного напряжения и к третьим входам элементов И 8 и 10, управляющий вход вентильной группы 13 подключен к выходу блока 1 сравнения кодов через элемент 25 за- держ1си,

Источник опорного напряжения представляет собой по сути генератор ступенчато изменяющегося напряжения, напряжение на входе которого может скачкообразно увеличиваться на постоянную величину ди. Увеличение это возможно только при наличии разрешающего сигнала на нтором входе (входе, соединенном с блоком 24 вычитания и управления), . при этом появление разрешающего сигнала на этом входе приводит к образованию первой ступеньки, а остальные приращения выходного напряжения на величину AUj, осуществляются в результате воздействия коротких сигналов на первый вход источника 4 (вход, соединенный с выходом блока 2 сравнения), при этом каждый последзтощий сигнал увеличивает выходное напряжение на ту же величину ступеньки. При прекращении разрешающего сигнала на втором входе источника 4 его выходное напряжение достаточно быстро возвращается к исходной нулевой величине .

Счетчики 7 и 11 и регистры 17 и 18 памяти работают в одном и том же коде, наиболее удобном для работы блока вычисления и управления. При этом счетчик 7 фактически состоит из двух последовательно соединенных частей: меньшей, которая имеет ту же емкость, что и дополнительный счетчик

31347043

11, и большей. Выход переполнения18 памяти обнуляются, а триггер 23 ,. меньшей части счетчика 7 подключен устанавливается в положение, при к счетному входу большей части этогокотором разрешающий потенциал на его счетчика совместно с дополнительным свыходе присутствует -(цепи.этого сиг- входом, которьй соединен с выходомнала не показаны),

счетчика 11. Поэтому сигнал перепол- Устройство работает следующим обнения счетчика 11 производит в сое-разом.

тоянии большей части счетчика 7 та- В исходном состоянии генератор 9

кое же изменение, как и сигнал пере- 10вьфабатывает непрерывную последоваполнения меньшей части счетчика 7.тельность коротких импульсов со ста:Следовательно, в результате поступле-бильным периодом Т, источник опорнония на счетчик 7 импульса переполне-го напряжения имеет на выходе нуления счетчика 1 1 весь счетчик 7 займетвой потенциал, счетчики 7 и 11, а

такое же состояние, какое было бы, 15также регистры 17 и 18 памяти обнулеесли с момента начала заполнения счет-ны. В результате наличия одинаковых

чика 11 те же сигналы поступали нанулевых кодов в счетчике 7 и региствход счетчика 7.pax 17 и 18 на выходах блоков 15 и

Блок 24 вычисления и управления16 сравнения кодов присутствуют сигвьтолняет две . функции: вычислитель- 20налы: один, открывающий вентильную

ная функция сводится к нахождениюгруппу 13, и второй, ставяш 1Й тригчисла К, 2 L( - )/(К,7 +гер 22 в нулевое состояние, при кото+ К )J , где К , и K,g - соответст-ром на его выходе разрешающего потенвенно коды регистров 17 и 18 памяти,циала нет. Триггер 23 находится в

Результат вычисления может быть пред- 25состоянии, при котором на элемент

ставлен в вычислительной части блокаИ 21 подается разрешающий потенциал.

24 либо в виде соответствующего элек-Положение триггера 12 в исходном сострического кода, либо в виде числатоянии не имеет значения, но для опна цифровом табло (выходы кода и циф-ределенности примем, что он находитровое индикаторное табло отдельными 30ся в таком состоянии, при котором на

элементами схемы не показаны).его выходе, соединенном с элементом

Вторая функция - функция управле-И 8, разрешающий потенциал присутстния в блоке 24 реализуется следующимвует, а на выходе, соединенном с

образом: всякое пилообразное напряже-элементом И 10, такой потенциал отсутние имеет два временных интервала - 35ствует.

участок прямого хода с одним измене- Работа устройства начинается автонием напряжения (например, с возрас-матически с момента поступления на

танием) и участок с обратным измене-вход 1 начала исследуемого пилообразнием напряжения (например, с убьшани-кого напряжения. Это изменение входем). Этим двум изменениям на выходе 40кого напряжения поступает на формируюформирующего блока 3 соответствуютщий блок 3, в результате чего на его

две противоположные полярности сиг-выходе возникает сигнал определенной

нала например, положительная - участ-полярности, поступающий на первый

ку с возрастанием напряжения, и от- .вход блока 24 вычисления и управлерицательная - участку с убыванием). 45ния. Под действием этого сигнала на

Управляющая часть блока 24 в течениевыходе блока 24 появляется разрешаюсуществования на ее входе напряжения,щее напряжение, поступающее на источсоответствующего участку прямого хо-ник 4 опорного напряжения и на эледа, вырабатьгоает на своем выходементы И 8 и 10. Под воздействием этосигнал разрешения для источника 4 напряжения источник 4 опорного наопорного напряжения. После прекраще-пряжения скачком изменяет напряжение

ния на ее входе этого напряженияна своем выходе от нуля до AU ,

управляющая часть дает команду вычис-элемент И 10 остается запертым отсутлительной части на вычисление и пред-ствием разрешающего сигнала на выхоставление результата и после исполь- 55Д триггера 12, а элемент И 8 открызования кодов из регистров 17 и 18вается и импульсы образцового периода

памяти подает в устройство сигналТ,, с генератора 9 начинают поступать

возврата в исходное состояние, кото-через элемент И 8 на счетный вход

рым счетчики 7 и 11 и регистры 17 исчетчика 7. Изменение состояния счет51347043

чика 7 приводит к прекращению сигна- потенциал. И, наконец, сигнал с вылов на, выходах блоков 15 и 16 сравне хода элемента 5 задержки проходит ния кодов, однако наличие элемента через элемент 6 задержки и, будучи 25 -задержки приводит к тому,- что из- задержанным на время, необходимое для менение состояния счетчика 7 успева- уверенной перезаписи кода из счетчи- ет через открытую вентильную группу ка 7 в регистр 18 памяти, поступает 13 переписываться в регистр 17 памяти, на вход установки нуля счетчика 7, что вновь приводит к появлению сигна- который переводится в исходное нуле- ла на выходе блока 15 сравнения ко- ю ° состояние,

дов. Превращение сигнала на выходе Таким образом, по окончании пербво- блока 16 сравнения кодов состояния да счетчика в нуль, в обоих регистрах триггера 22 не изменяет.памяти оказывается записанным код

Заполнение счетчика 7 с одновремен- количества импульсов, поступивших на ной перезаписью его кода в регистр 15 счетчик 7 с момента начала исследуе- 17 памяти продолжается.до тех пор, мого пилообразного напряжения до мо- пока величина исследуемого пилообраз- мента достижения этим напряжением ного напряжения на входе 1 не сравня- величины uU, . Счетчик 1 1 к этому ется со значением ди. на выходе ис- моменту насчитал количество периодов точника 4 опорного напряжения, в ре- 20 момента достижения пилообраз- зультате чего на выходе блока 2 ным напряжением величины , сравнения появляется сигнал.В дальнейшем работа устройства

Этот сигнал поступает, во-первых, осуществляется следующим образом, на управляющий вход источника 4 опор- Счетчик 7 и регистры 17 и 18 памяти ного напряжения, выходное напряжение 25 сохраняют состояние, в котором они которого скачком увеличивается на ве- находились после перевода .счетчика личину uU и становится равным 7 в нуль, до тех пор, пока не пере- 2 bUg , вновь превьшающим мгновенное полнится дополнительны счетчик 11 значение исследуемого пилообразного и на его выходе не появится сигнал напряжения. Во-вторых,сигнал с выхо- ЗО переполнения. Этот сигнал переполне- да блока 2 сравнения поступает на ния, во-первых, поступает на триггер соответствую1ци,й вход триггера 12, ко- 12 и переводит его в противоположное торый перебрасывается, запирает эле- состояние, благодаря чему элемент мент И 8 и открывает элемент И 10, И 10 зaпиpaeтcяj а элемент И 8 отпи- в результате чего поступление им- 25 Рвется. Во-вторых,, сигнал переполне- пульсов на счетчик 7 прекращается, а ния счетчика 11 поступает на дополни- на дополнительньш счетчик 11, наобо- тельный вход счетчика 7 и переводит рот, начинается. В-третьих, сигнал его в состояние, в котором он был бы, с выхода блока 2 сравнения поступает если бы он из нулевого состояния на- на элемент 5 задержки, откуда, будучи 40 чал подсчитывать импульсы Т, с момен- задержанным на время, необходимое для та появления импульса блока сравне- окончательного установления состоя- ния. И, наконец, в-третьих, импульс ния счетчика 7, поступает на элемен- переполнения счетчика 11 поступает ты И 20 и 21 .и на вход установки нуля на единичный вход триггера 2-1 и обес- счетчика 7 через элемент 6 задержки. д печивает на его выходе разрешающее Элемент И 20 остается к этому време- напряжение на элемент И 20. ни закрытым, поэтому сигнал на его Дальнейшая работа устройства осно- выход не проходит, а элемент И 22, вана на последовательной фиксации открытый с момента начала работы блоком 2 сравнения границ временных устройства, пропускает сигнал на gg интервалов, за которые исследуемое свой выход, откуда он через элемент пилообразное напряжение изменяется ИЛИ 19 поступает на управляющий вход . на постоянную величину uU, преобра- вентильной группы 14, в результате зовании этих временных интервалов чего код счетчика 7 переписывается в в код путем квантования их последова- регистр 18 памяти. Кроме того, сигнал 55 тельностью импульсов с периодом Т с выхода элемента И 21 поступает на и выделении кодой самого длинного и нулевой вход триггера 23, который самого короткого из этих интервалов. переводится в нулевое состояние и Если код текущего интервала больше снимает с элемента И 21 разрешающий кода, уже зафиксированного в регистре 17 памяти, то при достижении текущим кодом счетчика 7 значения кода регистра 17, срабатывает блок 15 сравнения, и к моменту поступления очередного импульса на счетчик 7 вентильная группа 13 оказывается открытой-. Поэтому новый (увеличенный) код счетчика 7 запишется в регистр 17 памяти раньше, чем вызванное расхождение кодов и задержанное в элементе 25 задержки отсутствие сигнала на выходе блока 15 сравнения кодов закроет вентильную группу 13, При дальнейшем увеличении кода счетчика 7 будет происходить подобная перезапись каждого увеличенного на единицу значения кода в регистр 17 памяти

В свою очередь, при достижении текущим значением кода счетчика 7 значения кода регистра 18 срабатывае блок 16 сравнения кодов, сигнал которого поступает на нулевой вход триггера 22, переводя его в состояние, при котором элемент И 20 заперт. Следовательно, очередной импульс блока 2 сравнения, задержанньш в элементе 5 задержки, не пройдет на управляющий вход вентильной группы 14 и код регистра 18 памяти останется неизменным .

ЕСЛИ код текущего интервала будет меньше кода уже зафиксированного в регистре 17 памяти, то до окончания этого интервала срабатьшания блока 15 сравнения кодов не произойдет, вентильная группа 13 останется закрытой и код регистра 17 памяти останется неизменным,

В свою очередь, не произойдет срабатывания и блока 16 сравнения кодов благодаря чему тоиггер 22 останется в единичном состоянии, в которое в начале текущего интервала он был переведен ИМПУЛЬСОМ переполнения счетчика 11 и которое обеспечивает сазое шаюшее напряжение на элементе И 20. ПОЭТОМУ импульс блока 2 сравнения, задержавшись в элементе 5 задержки на время, необходимое для установки состояния счетчика 7, чеоез элементы И 20 и ИЛИ 19 поступит на управляющий вход вентильной группы 14 и перепишет код счетчика 7 в регистр 18 памяти.

Таким образом, в момент окончания интервала ПРЯМОГО хода пилообразного напряжения в регистре 17 памяти будет записан код самого большого из временных интервалов между срабатываниями блока сравнения, а в регистре 18 памяти - код самого короткого из временных интервалов.

Как известно, нелинейность пилооб- .разного напряжения определяется выражением

10V- V

If о макс Л1ИН

л ц - wc „-7---- - -

К,

К,

где К.. и К..,.., - соответственно

мокс

максимальная и минимальная крутизна пилообразного напряжения.

Но крутизна К

t

где t - интервал времени, за который при данной крутизне К пилообразное напряжение изменится

на uUc .

, Поскольку &.Uj. постоянно, то (, , , ,. Подставим в выражение (1) эти значения К„д| и , разделим числитель и знаменатель на iUp и после несложных преобразований полу- чим выражение для К ц :

twaKC twHH

KH 2

woiKC - мин

Коды, пропорциональные этим интервалам t и t 1 записаны в регистрах 17 и 18 соответственно.

По окончании прямого хода пилообразного напряжения начинается обратный ход, в результате чего на выходе формирующего устройства 3 знак выходного напряжения меняется на противоположный; под действием этого изменения знака блок 24 вычисления и управления снимает сигнал со своего выхода, в результате чего напряжение на

выходе источника 4 опорного напряжения падает до нуля и одновременно запираются элементы И 8 и 10. После использования для вычислений кодов регистров 17 и 18 блок управления

возвращает в исходное положение счетчики 7 и 11, регистры 17 и 18 памяти, а также триггер 23.

Устройство готового к повторному измерению нелинейности пилообразного

напряжения.

Формула изобретения

Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения, содержащее источник опорного напряжения.

элемент ИЛИ, первый, второй и третий элементы И, первый и второй триггеры, выходом соединенный с элементом ИЛИ .через первый элемент И, другой вход которого объединен с входом второго элемента И, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая вентильные группы, два блока сравнения кодов, два регистра памяти и два счетчика, первый, второй и третий элементы задержки, блок вычисления и управления, генератор опорных

импульсов, формирующий блок, дополни- 15 с выходом дополнительного элемента И,

и с вторым входом второго триггера, вход которого соединен с выходом второго блока сравнения кодов, выход первого блока сравнения кодов через третий элемент задержки подключен к входу управления первой вентильной группы, вход управления вентильной группы через элемент ИЛИ соединен с выходом второго элемента И, первым входом- подключенного к выходу первого

тельные триггер и элемент И, блок сравнения, входом соединенный с входной шиной устройства и через формирующий блок - с первым входом блока вычисления и управления, а выход блока срав- 20 нения соединен с первыми входами источника опорного напряжения, дополнительного триггера и через последовательно соединенные первый и второй элемент задержки - с входом установки первого счетчика, выходы разрядов которого подключены соответственно к входам вентильных групп и первым входам блоков сравнения кодов, вторые входы которых подключены соответственно 30 к выходам регистров памяти и второй и третьей группам входов блока вычисления и управления, входы регистров

25

элемента задержки, а вторым - соединенным с выходом первого триггера, входом подключенного к выходу второго элемента И, выход источника опорного напряжения соединен с входом блока сравнения, счетный вход первого счетчика соединен с выходом третьего элемента И.

Редактор Н.Егорова Заказ 5118/45

Составитель В.Антохин

Техред А.Кравчук Корректор.А.Тяско

Тираж 729Подписное

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

соединены с выходами первой и второй вентильных групп соответственно, выход блока управления соединен -с вторым входом источника опорного напряжения,, первыми входами дополнительного и третьего элементов И, вторые входы которых объединены с выходом генератора опорных импульсов, а третьи входы подключены к противоположным выходам дополнительного триггера, установочный вход которого объединен с дополнительным входом первого счетчика, выходом второго счетчика, входом соединенного

элемента задержки, а вторым - соединенным с выходом первого триггера, входом подключенного к выходу второго элемента И, выход источника опорного напряжения соединен с входом блока сравнения, счетный вход первого счетчика соединен с выходом третьего элемента И.

Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной аппа ратуре по проверке прецизионных генеI ГУ 17 15 Л г г раторов пилообразного напряжения и токов, в аппаратуре по измерению фор мы и параметров периодических сигналов . Устройство для измерения нелинейности пилообразного напряжения со держит блок (Б) 2 сравнения, формирующий Б 3, источник 4 опорного напряжения, элементы 5, 6, 25 задержки счетчики 7, 11, элементы И 8, 10, 20 21, генератор 9 опорных импульсов, триггеры 12,22, 23, вентильные группы 13, 14, Б 15, 16 сравнения кодов, регистры 17, 18 памяти, элемент ИЛИ 19, Б 24 вычисления и управления. Изобретение повышает быстродействие устройства. 1 ил. . . se (/) 8 f 16