Широтно-импульсный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H03K7/08 

дзт1

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в устройствах преобразования механических величин в электрические сигналы.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем исключения влияния ложных сра- батьшаний компараторов на триггеры считывания и знака, а также расширение диапазона преобразования путем использования зон вблизи нуля и отрицательных выходных напряжений регулируемого трансформатора,

На фиг. 1 приведена функциональная схема широтно-импульсного преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Широтно-импульсный преобразова- тель содержит задающий генератор 1, генератор 2 пилообразного тока, инвертирующий усилитель 3, регулируемый трансформатор 4, блок сравнения 5, содержавши компараторы 6, 7, фор- мирователь 8, элементы 9, 10 совпадений, триггер П знака, элемент 12 ИЛИ, триггер 13 считывания, при этом выход задающего генератора 1 соединен с первым входом триггера 13 счи- тывания, входом формирователя 8 и входом генератора 2 пилообразного тока, выход которого соединен с первым входом компаратора 6, входом инвертирующего усилителя 3 и входом регулируемого трансформатора 4, вы- ход которого соединен с вторым входо компаратора 6 и первым входом компаратора 7, второй вход которого соединен с выходом инвертирунлцего усилителя 3, выхбды компараторов 6, 7 соединены с первыми входами элементов 9, 10 совпадений, вторые входы которых-соединены с выходом формирователя 8, а выходы - с входами триггера 1 1 знака и элемента ИЛИ-, выход которого соединен с вторым входом триггера 13 считьшания, выход которого соединен с выходной шиной, а выход триггера I1 знака - с шиной знака.

Регулируемый трансформатор 4 может быть выполнен следующим образом. Обмотка 14 возбуждения расположена на основании подвижного П-образного конде1 сора 15, выполненного иэ фар ромагнитного материала и охватывающего немагнитное основание 16, на котором расположена вторичная обмотк

д C

n 5 о 0

0

17, при этом вход регулируемого трансформатора 4 соединен с обмоткой 14 возбуждения, а выход - с вторичной обмоткой 17.

Формирователь 8 может быть выполнен в виде преобразователя короткого импульса Б длинный, например на основе инверторов с КС-связью между ними, при этом длительность выходно- г.о импульса обеспечивается подбором параметров равной прямому ходу выходного напряжения генератора 2 пилообразного тока. Инвертирующий усилитель 3 может быть выполнен на основе операционного усилителя с отрицательной обратной связью.

Широтно-импульсный преобразователь работает следующим образом.

Подвижная часть конденсора 15 регулируемого трансформатора 4 перемещается на величину X относительно но точки перекрещивания проводников вторичной обмотки I7. Знак величины X указывает, с какой стороны of точки перекрещивания проводников вторичной обмотки 17 осуществляется это перемещение.

Выходные импульсы задающего генератора 1 запускают генератор 2 пилообразного тока, который вырабатывает пилообразный сигнал положительной полярности, которьй преобразуется инвертирующим усилителем 3 в пилообразный сигнал отрицательной полярности. Выходной ток генератора 2 пилообразного тока питает обмотку 14 возбуждения регулируемого трансформатора 4, на вторичной обмотке 17 ко торого вырабатывается напряжение I, равное

.(I)

1, ,

де S - коэффициент пропорционешь- ности, определяемьй элементами регулируемого трансформатора 4, в частности углом между линейными провод- ; никами (электрически не контактирующими между собой в точке перекрещивания Х 0) вторичной обмотки 17;

X - координата положения конденсатора 15;

у - временная производная функции, описывающей выходной сигнал генератора 2 пилообразного тока;

t - время.

На участке рабочего хода (б-Тр) внутри периода следования Т импульсов с выхода задающего генератора 1 величина у представляется пропорциональной зависимостью

у k t, если 0 ti Т

(2)

где k-tgdk- крутизна нарастания выходного сигнала генератора 2 пилообразного тока. На участке обратного хода (Тр-Т)

величина у. выражается, зависимостью

следующего вида

У2 |;|(i-t), если (З)

При положительных значениях величины X (левая часть временных диаграмм на фиг, 2) на участке рабочего хода значения выходной величины регулируемого трансформатора 4 положительны, что подтверждается уравнением (1 ).

.В начале каждого цикла преобразования (периода) вькодной импульс задающего генератора 1 (фиг. 1) устанавливает триггер 13 считьшания в еди ничное состояние и запускает формирователь 8. В момент времени Т, когда происходит сравнение положительных выходных сигналов генератора 2 пилообразного тока и регулируемого трансформатора 4, срабатывает компаратор 6.

Длительность выходных икпульсов формирователя 8, когда на его выходе поддерживается сигнал высокого (единичного) уровня, выбрана равной интервалу Т р рабочего хода генератора 2 пилообразного тока.

Поскольку формирователь 8 находится в единичном состоянии, сигнал сравнения с выхода компаратора 6 поступает через элемент 9 совпадений на нулевой вход триггера 11 знака, а через элемент 12 ИЛИ на нулевой вход триггера 13 считывания. Таким образом, интервал t, единичного состояния триггера 13 считьюания определяется величиной (абсолютной) входного перемещения Xj нулевое состояние триггера 11 знака, сохраняющееся с предшествующих рассматриваемому циклов преобразования, определяет положительность входного параметра, т.е. обеспечивает однозначность выходной информации устройства.

В пределах периода Т на участке обратного хода блок 5 сравнения зафиксирует еще одно сравнение своих входных сигналов (сигналы У, .в левой части диаграмм на фиг. 2): отрицательного, снимаемого с выхода инвертирующего усилителя 3, а также отрицательного, поступающего от регулируемого трансформатора 4 на указанном интервале (Tp- i ), и образуемого за счет дифференцирования спадающей зависимости (З):

15

-Ь О, если ТрП Т р

(4)

0

5

0

5

0

5

0

5

При отрицательных значениях величины X на участке рабочего хода генератора 2 пилообразного тока сравнение выходного сигнала регулируемого трансформатора 4 (у S- X. у О ) с инвертированным пилообразным сигналом у -у (правая часть временных диаграмм фиг. 2) происходит в момент времени Т, .

Поскольку выход формирователя 8 на все время рабочего хода находится в единичном состоянии, сигнал срабатывания компаратора 7, фиксирующего зто рабочее сравнение, свободно происходит через элемент 10 совпадений и элемент 12 ИЛИ на нулевой вход триггера 13 считывания, который переключается в единичное состояние выходными импульсами задающего генератора 1, а через элемент 10 совпадений - на единичный вход триггера 11 знака. Интервал Т единич- ного состояния триггера 12 считывания, как и в первом случае, определяет абсолютную величину координаты перемещения X ; конденсора 15. Единичное состояние триггера 11 знака определяет знак минус считанной информации.

Нерабочие срабатывания компаратора 6 на участке обратного хода генератора 2 пилообразного тока ( сигналы у в правой части диаграммы фиг.2 и в данном случае (т.е. когда ) не влияют на состояния триггеров 11 и 13 знака и считывания, поскольку формирователь 8 во время обратного хода находится в нулевом состоянии, поэтому сигнал нерабочего срабатывания компаратора 6 через элемент 9 совпадений не проходит.

Таким образом, выходная информация устройства представляет собой

совокупность интервалов единичного состояния триггера 13 считывания, длительность которых пропорциональна отклонению конденсора у- 15 от нулевого положения () в любом из направлений ±Х, а также состояния триггера 11 знака (нулевого или единичного): нулевое состояние триггера 11 знака соответствует положительной координате X, а единичное состояние триггера 11 знака - отрицательной координате X,

При включении устройства состояния триггера 11 знака и триггера 13

считывания являются ПрОИЗВОЛЬНЬПу1И,

Состояние триггера 11 знака начинает достоверно соответствовать поддиапазону (положительному или , отрицательному ) нахождения конденсора 15 после первого рабочего (на участке рабочего хода генератора 2) .срабатывания блока 5 сравнения.

Выходная информация триггера 13 считывания о положении конденсора 15 внутри положительного или отрицательного поддиапазона преобразования начинает становиться достоверной после поступления на его единичный вход первого выходного импульса задающего генератора 1.

Таким образом, введение в широт- но-импульсный преобразователь новых узлов и связей позволило производить преобразование перемещения X в обоих положениях конденсора относительно точки перекрещивания вторичной обмотки регулируемого трансформатора что увеличивает вдвое общий диапазон преобразования. Кроме того, устране0

5

0

5

0

5

0

ние влияния нерабочих срабатываний компараторов на состояние триггеров знака и считывания увеличивает надежность работы устройства.

Формула изобретения

Широтно-импульсный преобразователь, содержарщй задающий генератор, выход которого соединен с первым входом триггера считывания и с входом генератора пилообразного тока, выход которого соединен с первым входом первого компаратора и входом регулируемого трансформатора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, а выход триггера считывания соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона преобразования и повышения надежности, в него дополнительно введены соединенные последовательно инвертирующий усилитель и второй компаратор, формирователь импульсов, два элемента совпадений, элемент ИЛИ и триггер знака, причем вход инвертирующего усилителя соединен с выходом генератора пилообразного тока, вторые входы компараторов объединены, а их выходы соединены с первыми входами элементов совпадений, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выходы - с соответствующими входами триггера знака и элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера считывания, вход формирователя соединен с выходом задающего генератора, а выход триггера знака - с шиной знака.