Развертывающий преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G06G7/12 

(Л

форматор 1, первую и вторую входные шины 2 и 3, первый масштабный резистор 4, релей {ый элемент 5, одновибра- тор 6,дополнительный фильтр 7, нелинейный элемент 8 типа ОГРАНИЧИТЕЛЬ С ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, элемент с зоной нечувствительности 9, второй, третий и четвертый масштабные резисторы 10, 11 и 12, апериодический фильтр 13, ключевой элемент 14, вы68896

ход 15, шину нулевого потенциала 16, Апериодический фильтр 13 выполнен на операционном усилителе 17 с резистором обратной связи 18 и накопительном конденсаторе 19, Повьппение точности работы в области больших значений входного сигнала обеспечивается за счет отсутствия насыщения разделительного трансформатора 1 на выходе 15. 2 ил.

Изобретение относится к усилительным устройствам, работающим в режиме автоколебаний с широтно-им- пульсным преобразованием сигнала, и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах. Целью изобретения является повышение точности работы. Развертывающий преобразова- . тель содержит разделительный транс

1

Изобретение относится к усилительным устройствам, работающим в режиме автоколебаний с широтно-импульсным преобразованием сигнала, и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Целью изобретения является повышенное точности работы.

На фиг.I изображена функхщональная схема развертывающего преобразователя; на фиг.2 - амплитудные характеристики.

На фиг.1 обозначены разделите ьный трансформатор 1, первичная I, и вто- ричная Ij обмотки, первая и вторая входные иины 2 и 3, первый масштабный резистор 4, релейный элемент 5, одновибратор 6, дополнительный фильтр 7, нелинейный элемент 8 типа ОГРАНИ- ЧИТЕЛЬ С ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, элемент 9 с зоной нечувствительности, второй, третий и четвертый масштабные резисторы 10-12, апериодический фильтр 13, ключевой элемент 14, вы- ход 15, шина 1б нулевого потенциала, операционный усилитель 17, резистор 18 обратной связи и накопительный конденсатор 19.

Амплитудная характеристика развер- тывающего преобразователя изображена на фиг.2а, характеристика элемента 9 с зоной нечувствительности изображена на фиг.26, характеристика нелинейного элемента 8 изображена на фиг.2в, характеристика релейного элемента 5

изображена на фиг.2г.

I

Развертывающий преобразователь работает следующим образом.

Релейный элемент 5 имеет пороги переключения + В и неинвертирующую петлю гистерезиса (фиг.2г). Выходной

сигнал релейного элемента 5 изменяется дискретно в пределах + А, Одновибратор 6 формирует импульсы постоянной длительности и амплитуды синхронно с передним фронтом импульсов на выходе релейного элемента 5,

Дополнительный фильтр 7 предназначен для выделения постоянной составляющей выходного сигнала одновибра- тора 6. Элемент 9 с зоной нечувствительности имеет пороги переключения С, и Cj (фиг.2б). Ключевой элемент 14 замкнут при нулевом сигнале на выходе элемента 9 с зоной нечувствительности и переходит в разомкнутое состояние при сигнале логической 1. Нелинейный элемент 8 типа ОГРАНИЧИТЕЛЬ С ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ выполнен с зоной нечувствительности С (фиг,2г). Его характеристика в частном случае принимается линейной для входного сигнала, превышающего порог С, Апериодический фильтр 13 совместно с вторым, третьим и четвертым масштабными резисторами 10-12 и ключевым элементом 14 образуют блок демодуляции.

Развертывающий преобразователь представляет собой автоколебательную систему с частотно-широтно-импульс- ной модуляцией, предназначен для разделения цепей постоянного тока и является нереверсивным, т,е. осуществляет передачу сигналов только одного знака.

Разделительный трансформатор I выполняет функцию интегрирующего звена. При отсутствии входного сигнала перемагничивание разделительного трансформатора 1 происходит под действием выходных импульсов релейного элемента 5,

В момент времени насыщения магнито провода разделительного трансформато- ра 1 на первом масштабном резисторе 4 возникает импульс напряжения и релейный элемент 5 переключается в противоположное состояние. Начинается процесс перемагничивания магнитопро вода разделительного трансформатора 1, который происходит по полному циклу петли гистерезиса. Как только маг- нитопровод насыщается, вновь под дей-

ствием импульса напряжения на первом масштабном резисторе 4 происходит переключение релейного элемента 5. В дальнейшем процесс периодически повторяется. На выходе релейного элемента 5 формируется периодическая пос- ледовательность прямоугольньк импульсов, среднее значение которой за период равно нулю.

Наличие входного тока через первичную обмотку разделительного трансформатора 1 приводит к изменению скважности выходных импульсов релейного элемента 5.В одном из полупериодов перемагничивание разделительного трансформатора 1 происходит под действием суммы токов в первичной и вторичной 1, и Ij обмотках, а в примыкающем полупериоде определяется разностью токов в этих обмотках. В результате на выходах релейного элемен- та 5 и апериодического фильтра 13, выполненного на операционном усилителе 1 7 с резистором 18 обратной связи и накопительным конденсатором 19, появляется постоянная составляющая, уровень которой пропорционален входному току (фиг.2а, участок 0-а).

Для обеспечения режима устойчивых автоколебаний, когда входная i и выходная величины связаны линейно, необходимо выполнение условия

(ipW,J |iW,j,

где 1 - ipУчитывая, что напряжение иа выходе дополнительного фильтра 7 на участке О-а {фиг.2а) уменьшается с ростом 45 входного тока, выходные сигналы нелинейного элемента 8 и элемента 9 с зо- . ной нечув.ствительности равны нулю. Ключевой элемент 14 замкнут, препятствуя прохождению на вход апериодиче- 5Q ского фильтра 13 сигнала дрейфа нуля нелинейного элемента В.

Зона нечувствительности элемента 9 (фиг.2б) несколько превышает величину пульсаций с выхода дополнительного

ток в первичной обмотке 1,; ток во вторичной обмотке ; W,,W, - число витков первичной и вторичной обмоток 1, и Ij . Однако при перегрузке цепи питания развертывающего преобразователя уело- ее фильтра 7, что исключает ложные вклю- вие (1) может оказаться нарушенным. чения элемента 9 с зоной нечувствиПри этом магнитопровод раздели- тельности.

тельного трансформатора 1 насьш1ается При некотором входном токе, пре- входным током, что приводит к его пе- вышающем величину максимального

5

реходу на частные циклы петли намагничивания. Этот режим характеризуется резким повышением частоты автоколебаний и уменьшением среднего значения его выходных импульсов. Таким об- .разом, до некоторого значения входно- то тока (фиг.2а) осуществляется достоверное преобразование входного сиг2010 нала, а в области А (участок а-в)

происходит уменьшение, коэффициента передачи. Такой режим является недопустимым, так как одному значению выходного сигнала соответствуют два значения входного сигнала. Для устранения такого режима необходимо обеспечить дальнейшее увеличение выходного сигнала в области больших входных сигналов.

Одновибратор 6 и дополнительньй фильтр 7 представляют собой преобразователь частота - напряжение.

На участке 0-а (фиг.2а) частота автоколебаний подчиняется закону

f. 1-{Л)

(2)

где „ f,/f нормированное значение частоты автоколебаний;

fj - значение частоты автоколебаний при нулевом входном токе. На выходе дополнительного фильтра выделяется постоянная составляющая

h 0

(3)

где АИ, tM - амплитуда и длительность импульсов одновибрато- ра 6.

Учитывая, что напряжение иа выходе дополнительного фильтра 7 на участке О-а {фиг.2а) уменьшается с ростом входного тока, выходные сигналы нелинейного элемента 8 и элемента 9 с зо- ной нечув.ствительности равны нулю. Ключевой элемент 14 замкнут, препятствуя прохождению на вход апериодиче- ского фильтра 13 сигнала дрейфа нуля нелинейного элемента В.

Зона нечувствительности элемента 9 (фиг.2б) несколько превышает величину пульсаций с выхода дополнительного

фильтра 7, что исключает ложные вклю- чения элемента 9 с зоной нечувстви51368896

(фиг.2а), разделительный трансформатор 1 вследствие перенасьщения входным током начинает работать на частном цикле перемагничивания, что при, э

водит к возрастанию частоты автоколебаний .

Зона нечувствительности нелинейного элемента 8 соответствует величи

не выходного сигнала дополнительного фильтра 7 на начальном участке зависимости частоты автоколебаний от входного тока. Как только разделительный трансформатор 1 переходит на частный цикл перемагничивания (фиг.2а, участок а-в) и напряжение на выходе 15 уменьшается, срабатывает элемент 9 с зоной нечувствительности и ключевой элемент 14 размыкается. На вход апериодического фильтра 13 поступает корректирующий сигнал с выхода дополнительного фильтра 7, который по мере роста входного тока увеличивается (фиг«2а, траектория а-с). Результирующее напряжение на выходе 15 поддерживается на максимальном уровне (фиг.2а, участок a-d При соответствующем выборе величин второго и четвертого масштабных резисторов 10 и 12 может быть пспучена любая требуемая зависимость выходного сигнала в функции входного тока, превышающего его максимальное значение.

Таким образом, развертывающий пре- образователь обладает более высокой точностью работы в области больпгах входных токов.

Формула изобретения

Развертывающий преобразователь, содержащий разделительный трансформатор, первый и второй выводы первичной

6

0

5

5

о

обмотки которого являются первой и второй входными шинами развертывающего преобразователя, релейный элемент к входу которого подключены первый вывод вторичной обмотки разделительного трансформатора и первый вывод первого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, выход релейного элемента соединен с вторым вьшодом вторичной обмотки разделительного трансформатора, одновибратор, элемент с зоной нечувствительности, второй масштабный резистор, апериодический фильтр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы, в него введены нелинейный , элемент типа ОГРАНИЧИТЕЛЬ С ЗОНОЙ НЕ0 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, ключевой элемент, дополнительный фильтр, третий и четвертый масштабные резисторы, причем выход релейного элемента соединен через третий масштабный резистор с

5 входом апериодического фильтра и с первым выводом четвертого масштабного резистора, второй вывод которого подключен к первому вьшоду второго масштабного резистора и через ключевой элемент соединен с шиной нулевого потенциала, выход релейного элемента через одновибратор подключен к входу дополнительного фильтра, выход которого соединен с входами элемента с | зоной нечувствительности и нелинейного элемента типа ОГРАНИЧИТЕЛЬ С ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ, выход которого подключен к -второму вьгооду второго масштабного резистора, выход элемента с зоной нечувствительности соединен с управляющим входом ключевого элемента, выход апериодического фильтра является выходом развертывающего преобразователя

0

дылод

С) Ci ймд

Вымд

с бмд

фиг. 2