Преобразователь экстремумов периодического сигнала в постоянное напряжение "Галс-7 Советский патент 1988 года по МПК G01R19/04 

&(

(Л

с

N9

;о

ю

Ufiaxe, tJfHM o 0

, Изобретение может быть использо-:- вано для измерения экстремальных значений импульсных сигналов. Целью изобретения является расширение области использования за счет обеспечения возможности преобразования мини

мума импульсных сигналов, Компаратор 1, элемент 2-2И-ИЛИ 18 и триггер 6 осуществляют сравнение выходного сигнала устройства с исследуемым сигналом. Синхронизирующие импульсы, вырабатываемые компаратором 22, элементом 2-2И-ИЛИ 19 и дифференцирующим элементом 19 по срезу исследуемого сигнала осуществляют запись в триггер 2 результата сравнения. Значение выходного напряжения триггера 2 определяет направление интегрирования опорного напряжения источника 5 интегратором 4, выходной сигнал которого отслеживает экстремумы исследуемого сигнала. Блок 21 сброса при отсутствии импульсов на входе уст1

Изобретение относится к импульсно технике и может быть использовано для измерения амплитуды сигналов, максимального и минимального значений напряжения однополярных периоди- ческих сигналов любой полярности, максимального и минимального значений напряжения двухполярных периодических сигналов.

Цель изобретения - расширение об- ласти использования за счет обеспечения возможности преобразования минимума периодических сигналов произвольной формы.

На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователяj на фиг. 2 и 3 - диаграммы работы преобразователя для различных входных сигналов при преобразовании максимума и минимума сигналов напряжения.

Преобразователь содержит компаратор 1, первый вход которого соединен с входом устройства, триггер 2, повторитель-инвертор 3, выход которого соединен с входом интегратора 4 выход которого соединен с вторым выходом компаратора 2, источник 5 v опорного напряжения, триггер 6, компаратор 7, дифференцирующий элемент 8, выход которого соединен с S-BXO- дом триггера 6, дифференцирующий элемент 9, выход которого соединен с первыми входами элементов И 10 и 11

ройства устанавливает триггер 2 в единичное состояние, обеспечивая отслеживание выходным напряжением интегратора 4 постоянного уровня входного сигнала. Состояние переключателя 24 определяет фазу синхронизирующих импульсов, которая определяет режим преобразования максимума или минимума. Введение элементов 2-2И-ИЛИ 18 и 19, переключателя 24, блока 21 сброса, повторителя-инвертора 23 позволило, изменяя фазу синхронизирующих импульсов и выходного сигнала компаратора 1, переходить от преобразования максимума импульсного сигнала к преобразованию минимума. 3 ил.

/вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным вьпхо дами триггера 6, а выходы - с входа- ми элемента ИЛИ 12, выход которого через последовательно соединенные элемент 13 задержки и дифференцирующий элемент 14 соединен с R-входом триггера 6, выход элемента И 10 также соединен с S-входом триггера 2, выход которого соединен.с первым входом элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с управляющим входом повторителя-инвертора 3, выходы компараторов 1 и 7 соединены соответственно с входами инверторов 16 и 17 и с первыми входами первых элементов И элементов 2-2И-ШШ; 18 и 19, выход элемента 2-2И-ШШ 18 соединен с входом дифференцирующего элемента 8 и с вторым входом элемента ИЛИ 15, выход элемента 19 соединен с входом дифференцирующего элемента 9.

Выход элемента И 11 соединен с первым входом элемента ИЛИ 20, второй вход которого соединен с выходом блока 21 сброса, а выход с R-входом триггера 2, вход блока 21 сброса соединен .с выходом компаратора 7, вход которого через конденсатор 22 подключен к входу устройства. Выход источника 5, опорного напряжения соединен с входом повторителя- инвертора 23, выход которого соеди.1

нен с входом второго повторителя инвертора. Прямой выход переключателя 24 соединен с вторыми входами первых элементов И. элементов 2-2И-ШШ 18 и 19 и с управляющим входом ппптп рителя-инвертора 23, инверсный выход переключателя 24 соединен с вторыми входами вторых элементов И элементов 2 2И-Ш1И 18 и 19.

Преобразователь работает следующим образом

Первоначально, при отсутствии сиг нала на входе (напряжение на входе равно нулю) второй компаратор 7 находится в устойчивом состоянии, а блок 21 сброса вырабатывает сигнал, соответствующий отсутствиЕо сигнала с переменной составляющей,, который высоким потенциалом через элемент ИЛИ 20 устанавливает триггер 2 в единичное состояние, При этом на выходе триггера 2 устанавливается сигнал, равный логическому О, В зависимости от состояния выходов переключателя 24 на выходе второго повторителя- инвертора 23 устанавливается напряжение больше нуля либо меньше нуля, по величине пропорциональное напряжению Ug источника 5 опорного напряжения. При этом на выходы элементов 2-2И-ШШ 18 и 19 проходит либо прямой сигнал, формируемый компараторами 1 и 7, либо проинвертированный инверторами 16 и 17 сигнал. Далее сигнал UQ проходит через первый повторитель-инвертор 3, знак коэффициента передачи которого определяется логическим уровнем на управляющем входе, что приводит к возрастанию либо уменьшению сигнала напряжения на выходе интегратора 4. При этом при превьшении уровня сигнала над нулевым уровнем компаратор 1 вырабатывает сигнал, который, пройдя через элемент 2-2И-ИЛИ 18 и второй логический элемент ИЛИ 15, переключает знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3, и сигнал на выходе интегратора 4 начинает уменьшаться, что приводит к тому, что он становится меньше нуля, и компаратор 1 перебрасывается. Сигнал с выхода его, пройдя по той же цепи, опять меняет знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3, и .напряжение на выходе интегратора 4 начинает возрастать. В установившемся режиме напряжение на выходе преобразователя совершает колебания

-

20

442926

около нуля с частотой, определяемой чувствительностью компаратора 1 и постоянной времени интегратора 4.

Рассмотрим подробно работу преобразователя в случае однополярного положительного сигнала напряжения с наложенной переменной составляющей (фиг. 2 и 3) для режимов преобразовало ния максимума и минимума. Для остальных случаев формы сигнала: отрица- тельньй си.гнал с наложенной прпемен- ной составляющей, двухполярный сигнал - работа преобразователя ществляется аналогично.

Пусть на вход подается сигнал Ugy положительной полярности с наложенной переменной составляющей (фиг. 2а и За). Переключатель 24 установлен в положение преобразования максимума напряжения. При этом на его прямом выходе - высокий потенциал, соответствующий логической 1. Этот сигнал устанавливает коэффйци25 ент передачи второго повторителя-инвертора 23 таким, что напряжение на его выходе больше. Из аналогичных условий определяют работу и первого повторителя-инвертора 3. Напряжение на выходе преобразователя приблизительно равно нулю. При этом на выходе компаратора 1 (фиг. 26) устанавливается логическая 1. Переменная составляющая входного сигнала через конденсатор 22 подается на вто35 рой вход второго компаратора 7, на выходе которого формируется последовательность импульсов (фиг. 2к). Далее сигналы с компараторов 1 и 7 без инверсии проходят на выходы ло гических элементов 2-2И-НЛИ 18 и 19. При этом сигнал с элемента 2-2И-ИЛИ 18 через элемент ИЛИ 15 устанавливает отрицательный коэффициент передачи повторителя-инвертора 3, рав 5 ный минус К. Соответственно, на

вход интегратора 4 поступает отрицательное напряжение, при этом напряжение и)- на выходе интегратора 4 начинает возрастать в течение всего

50 времени, пока выполняется-условие

30

и gx и. Первый же передний фронт. на выходе элемента 2-2И-ИЛИ 18 (фиг. 2б) дифференцируется дифференцирующим элементом 8 (фиг. 2г) и ус- 55 танавливает в единичное состояние триггер 6 (фиг. 2д), а по сигналу (фиг. 2м), формируемому по заднему ;фронту импульсов, на выходе элемента 2-2И-ИЛИ .19 (фиг. 2л) через эле15

20

мент И 10 информация переписывается в триггер 2. При этом на его выходе устанавливается сигнал логической 1 (фиг. 2з), В то же время этот же сигнал, пройдя через элемент ИЛИ 12, элемент 13 задержки дифференцируется дифференцирующим элементом 14 и сбрасывает триггер 6, Время задержки выбирается их тех условий, tO что оно должно быть больше, чем дли-i тельнасть импульса, формируемого дифференцирующим элементом 9, чем исключается гонка фронтов импульсов на входах триггеров 2 и 6. По заднему фронту следующего импульса с .кемдаратора 7 производится последующий опрос состояния триггера 6, и если переднего фронта на выходе компаратора 1 больше не было, триггер 6 остается в сброшенном состоянии. Тогда сигнал с элемента И 11, пройдя через элемент ИЛИ 20, сбросит триггер 2 (фиг. 2з). Однако направление интегрирования останется прежним за 25 счет сигнала, который приходит с компаратора 1 на второй вход элемента ИЛИ 15 (фиг. 2и) и возрастание U будет продолжаться. При достижении напряжением U минимальных значений входного напряжения компаратор 1 начинает опрокидываться на каждый импульс наложенной переменной составляющей, если выполняется условие UK ,„ с-При этом данная информация последовательно по переднему фронту записывается в триггер 6, а затем по заднему фронту информация переписывается в триггер 2 и этот триггер не меняет своего состояния, а следовательно, продолжается возрастание выходного напряжения (фиг. 2а, пунктир, фиг. 2о). С момента, когда условие и (КС перестает выполняться, по первому же заднему фронту переменной составляющей триггер 2 перебро- 5 сится (фиг. 2з) и и (фиг. 2о) начнет уменьшаться до момента, когда условие UK UMOKC выполнится. Далее процесс повторяется и в устойчивом состоянии выходное напряжение, рав- 50 ное и, совершает колебания около значения, равного максимуму входного сигнала.

Для преобразования манкмума сигна/

30

35

40

отрицательный коэффициент передачи и на его выходе - отрицательное напряжение. На выход элементов 2-2И-ИЖ 18 и 19 проходит проинвертированный соответствующими инверторами 16 и 17 сигнал с компараторов 1 и 7.

Так как в перв ый момент на входах компаратора 1 выполняется условие UBX UK то триггеры 2 и 6 находятся в сброшенном состоянии. Соответствен но на выходе элемента ИЛИ 15 формиру ется низкий потенциал, соответствующий логическому О. При этом у первого повторителя-инвертора 3 устанав ливается отрицательный коэффициент передачи, а на его выходе устанавливается сигнал положительного напряжения, и напряжение U на выходе интегратора 4 начинает возрастать (фиг. За,о). Процесс возрастания про должается до тех пор, пока U не превысит величины U л,1,ц входного сигнала. При этом первый же импульс с компаратора 1, пройдя через инвертор 16 и элемент 2-2И-ИЛИ 18 , продифференцированный первым дифференцирующим элементом 8, устанавливает триггер 6 в единичное состояние и одновременно, пройдя через элемент ИЛИ 15, изменяет знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3 и полярность напряжения на входе интегратора 4 (фиг.Зп). Напряжение U начинает уменьшаться (фиг. За,о). Как только поступление импульсов с компаратора 1 прекратится, т.е. выполнится условие 1, триггеры 2 и 6 перебросятся а ноль (фиг. Зз), изменяя знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3, и напряжение UK будет возрастать. В установившемся режиме напряжение и будет совершать колебания около величины напряжения, равного UMWH- .

Аналогично преобразователь работа ет и при других формах сигналов автоматически, в зависимости от заданного режима преобразования, преобразуя максимум либо минимум входного сигнала. В каждом случае в установив шемся режиме выходное напряжение, снимаемое с выхода интегратора 4, ко

ла на прямом выходе переключателя 2455 леблется около измеряемого значения устанавливается низкий потенциал, с частотой, определяемой чувстви- соответствующий логическому О . При тельностью компаратора 1 и постоян- этом првторитель-инвертор 23 имеет ной времени интегратора 4.

0

5 5 0

/

0

5

0

отрицательный коэффициент передачи и на его выходе - отрицательное напряжение. На выход элементов 2-2И-ИЖ 18 и 19 проходит проинвертированный соответствующими инверторами 16 и 17 сигнал с компараторов 1 и 7.

Так как в перв ый момент на входах компаратора 1 выполняется условие UBX UK то триггеры 2 и 6 находятся в сброшенном состоянии. Соответственно на выходе элемента ИЛИ 15 формируется низкий потенциал, соответствующий логическому О. При этом у первого повторителя-инвертора 3 устанавливается отрицательный коэффициент передачи, а на его выходе устанавливается сигнал положительного напряжения, и напряжение U на выходе интегратора 4 начинает возрастать (фиг. За,о). Процесс возрастания продолжается до тех пор, пока U не превысит величины U л,1,ц входного сигнала. При этом первый же импульс с компаратора 1, пройдя через инвертор 16 и элемент 2-2И-ИЛИ 18 , продифференцированный первым дифференцирующим элементом 8, устанавливает триггер 6 в единичное состояние и одновременно, пройдя через элемент ИЛИ 15, изменяет знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3 и полярность напряжения на входе интегратора 4 (фиг.Зп). Напряжение U начинает уменьшаться (фиг. За,о). Как только поступление импульсов с компаратора 1 прекратится, т.е. выполнится условие 1, триггеры 2 и 6 перебросятся а ноль (фиг. Зз), изменяя знак коэффициента передачи первого повторителя-инвертора 3, и напряжение UK будет возрастать. В установившемся режиме напряжение и будет совершать колебания около величины напряжения, равного UMWH- .

Аналогично преобразователь работает и при других формах сигналов автоматически, в зависимости от заданного режима преобразования, преобразуя максимум либо минимум входного сигнала. В каждом случае в установившемся режиме выходное напряжение, снимаемое с выхода интегратора 4, ко5 леблется около измеряемого значения с частотой, определяемой чувстви- тельностью компаратора 1 и постоян- ной времени интегратора 4.

ормула изобре

1442926 т е н н я

а вх ко 10 до вы ди ме ре 5 оп до вы во пе 20 ди во ми го рые

Преобразователь экстремумов периодического сигнала в постоянное напряжение, содержащий источник опоного напряжения, два компаратора, первые входы которых соединены соответственно с входом устройства и общей шиной, интегратор, вход которог подключен к выходу первого повторителя-инвертора, а выход соединен с вторым входом первого компаратора и выходом устройства, S-вход первого триггера соединен с выходом первого элемента И, выход первого дифференцирующего элемента соединен с S-входом второго триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго.элементов И, вторые входы которых соединены и подключены к выходу второго дифференцирующего элемента, а выходы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, -выход которого через последовательно соединенные элемент задержки и третий дифференцирующий элемент соединен с R-входом второго триггера, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью расширения области использования, в него введены второй повторитель-инвертор, второй и третий элементы ИЛИ, два элемента 2-2И-Ш1И, два инвертора, блок сброса, переключатель и конденсатор, включенный между вторым вхо

8

дом второго компаратора и входом устройства, входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами второго элемента И и блока сброса, а выход - с R-входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим вхо- 10 дом первого повторителя-инвертора, выход первого элемента 2-2И-ШШ соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ и с входом первого ренцирующего элемента, источник 5 опорного напряжения соединен с входом второго повторителя-инвертора, выход которого соединен с входом первого повторителя-инвертора, выходы первого и второго компараторов сое- 20 динены соответственно с входами первого и второго инверторов и с первыми входами первых элементов И первого и второго элементов 2-2И-Ш1И, вторые входы которых объединены и под5 ключены к прямому выходу перек-лк5ча- теля, выходы первого и второго инверторов соединены соответственно с первыми входами вторых элементов И первого и второго элементов 2-2И-ШШ,

р вторые входы которых объединены и подключены к инверсному выходу переключателя, выход второго компаратора соединен с входом блока сброса, управляющий вход второго повторителя- инвертора соединен с прямым выходом

j переключателя.

ftlB.