Преобразователь напряжения в интервал времени Советский патент 1988 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании точных АЦП постоянного и переменного тока, а также в устройствах первичной обработки информации, в составе ИИС и ИВК.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя напряжения в интервал времени (ПНВ); на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

ПНВ содержит четыре резистора 1-4, операционный усилитель 5, источник 6 опорного тока, стабкшитрон 7, переключатель 8, интегратор 9, сравнивающее устройство 10 и источник 11 порогового напряжения.

Рассмотрим работу ПНВ.

Операционньй усилитель 5, резисторы 3 и 4, стабилитрон 7 и источник 6 тока представляют собой формирователь опорного напряжения V , осуществляющий одновременно суь{мирование (вычитание) входного V X и опорного Vg напряжений, причем в этом случае используется одно опорное напряжение, -формируемое стабилитроном 7.

Источник 6 тока служит для задания тока через стабилитрон 7,Рассмотрим случай, когда R, cx} , а R 0. Это вполне допустимо, т.к. резисторы 1 и 2 служат только для масштабного преобразования входного сигнала при преобразовании сигналов малого уровня и принципиальной роли в формировании суммы и разности опорного и входного напряжений не играют. В этом случае в точке В (фиг. 1) напряжение равно V т.к. операцион- усилитель 5 охвачен отрицательной обратной связью. Очевидно, что при у V 0;напряжения в точках С и D относительно общей шины (земли) определяются как

V ,

о ,,

-v -5i.-,

° R +R,

(1) (2)

Тогда при одновременном воздействии двух источников (входного и,. и опорного V(| ) нетрудно получить выражения для напряжения в точках С и D:

R,

R3+R4

V ..Si-

(3)

(4)

или, если R,R4 и ток через стабилитрон существенно больше.тока через R, то получим

У„

Vc

V,

+ 0,5У„; (5) ,- ., - 0,5У„. (6)

Таким образом, на выходе рассмотренной схемы мы получаем два напряжения, одно из которых равно сумме преобразуемого и опорного напряжений (5), а другое их разности (6).

Как уже отмечалось, резисторы 1 и 2 введены в схему для того, чтобы иметь возможность для дополнительных средств усиливать входной сигнал Uj,, Действительно, если сделать R, и Rj О, то мы получим возможность регулировать коэффициент передачи U, на выход схемы. Можно показать, что в этом случае напряжение в точках-.С и D будут определяться выражениями

.- If ITC-

f7) .„RL...1.

R,(R,-bR,)J

VoR:

Rj+R4

1 +

51.. R.

R,

(8)

0

5

0

5

Сформированные подобным образом напряжения (5), (6) или (7), (8) . подаются через переключатель 8 на вход интегратора 9.

Пусть в первоначальный момент переключатель 8 находится в нижнем положении и на вход интегратора 9 подается разность входного Ид и опорного V напряжений, а так как значение VP выбирается таким образом, чтобы оно превосходило максимально допустимое значение УХ , то выходное напряжение интегратора 9 (при данной схеме его построения) будет линейно увеличиваться (фиг. 2). Это первый такт работы ПНВ, в течение которого пороговое напряжение V положительно. В момент равенства выходного напряжения интегратора 9 и V срабатывает сравнивающее устройство 10, изменяется полярность напряжения на его выходе (фиг. 2) и, соответственно, полярность порогового напряжения на - УП. Кроме того, переключатель 8 подключает на вход интегратора 9 сумму входного и опорного напряжений. Начинается второй такт работы ПНВ, в течение которого напряжение на выходе интегратора линейно изменяется в противоположную сторону, пока не будет равно - V , Вновь ера- батывает сравнивающее устройство 10, Изменяется полярность его выходного напряжения, полярность порогового напряжения, и переключатель переводится в нижнее положение. Далее цикл повторяется.

В течение первого Т, и второго Т тактов преобразования выходное напряжение интегратора описывается следующими уравнениями:

1-1. 2У„;

(9)

Т г

2.

(10)

где V и V(j напряжения на входе

интегратора в первом и втором циклах, в общем случае определяв- мое выражениями (8) и (7);

Т RC - пестоянная интегрирования.

Принимая ., подставив в уравнения (9) и (8) значение V.p и.Уд из (8) и (7) и рещая эти уравнеиия относительно (), получим следующее выражение:

T.(T,.T,).(l.|f .|g-).

(11)

Если мы производим оценку результата преобразования за некоторое фиксированное время Тц, в которое укладывается п малых циклов (Т,+Т), то окончательное выражение для функции преобразования будет иметь вид

iVr i(T,;.,-T,;),.K, (12)

где i - целое число; K(1+R2/R, +

+ R/jR,) - масштабный коэффициент, Кд, 1 при .

Преимущества предлагаемого устройства следунлцие.

Во-первых, данньй ПНВ обеспечивает более высокую точность, т.к. в

Q jj

0

5

0

35

0

5

нем используется только один источник опорного напряжения, что принципиально невозможно во всех известных аналогичных схемах.

Во-вторых, в данном ПНВ нет необходимости выдерживать равенство постоянных времени, т.к. используется одновходовой интегратор. Это стало возможно благодаря тому, что формирование суммы (разности) входного и опорного напряжений происходит до интегратора, что также выгодно отличает данный ПНВ от аналогичных устройств.

И, наконец, в данном ПНВ введением двух резисторов или резистйвной матрицы (если необходимо иметь несколько масштабных коэффициентов) обеспечивается требуемое (масштабированное) усиление входного сигнала.

Формула изобретения

Преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу источника порогового напряжения, выход сравнивающего устройства является выходной шиной и соединен с входом источника порогового напряжения и управляющим входом переключателя, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены операционный усилитель, источник опорного тока, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне, причем неинвертирующий вход операционного усилителя является входной шиной, а инвертирующий вход соединен через первый резистор с общей шиной и через второй резистор - с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с катодо стабилитрона, выходом источника опорного тока и является первым выходом источника опорного напряжения, а второй вывод четвертого резистора соединен с выходом операционного усилителя, анадом стабилитрона и является вторым выходом источника опорного напряжения.

ue.2

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при создании точных АЦП постоянного и переменного тока, а также в устройствах первичной обработки . информации. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в извест - ный преобразователь напряжения в ин- терв ал времени введены операционный усилитель 5, источник опорного тока 6, четыре резистора, а источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне 7. 2 ил. (С (Л 00 СХ) СХ5 со 00 о