Импульсное устройство сравнения Советский патент 1988 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

16 15

,5 ,

7

-KF

да

СО

ел Kj

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для. построения релейных органов в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения зависимости частоты генерируемых импульсов на выходе устройства при его ера- батывании от величин входного и опорного напряжений и введения гистерезиса при возврате устройства в исходное состояние.

На чертеже представлена схема им- пульсного устройства сравнения.

Импульсное устройство сравнения содержит первый операционный усилитель 1, первый и второй резисторы 2 и 3, первые выводы которых подключе- ны к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1, источник 4 опорного напряжения, подключенный к второму вьтоду первого резистора 2 третий резистор 5, первый вывод кото рого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя 1, четвертый резистор 6, первый диод 7, конденсатор 8, источник 9 входного напряжения, пятый резистор 10, первый вывод которого подключен к выходу первого операционного усилителя 1, второй операционный усилитель 11, инвертирующий вход которого подключен к второму выводу пя- того резистора 10 и щестой резистор 12, первый вывод которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя II, а второй выв&д - к общей шине, причем выход второго операционного усилителя 11 подключен к аноду первого диода 7, катод которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 1,-четвертый резистор 6 включен между выходом первого операционного усилителя 1 и неинвертирующим входом второго операционного усилителя 11, второй конденсатор 8 подключен между инвертирующим входом второго one- рационного усилителя 11 и общей щи- ной, источник 9 входного напряжения подключен к второму выводу второго резистора 3, выход первого операцион ного усилителя 1 соединен с катодом второго диода 13, а второй вывод третьего резистора подсоединен к общей шине через параллельно соединенные второй конденсатор 14 и седьмой

резистор 15 и через восьмой резистор 16 к аноду второго диода 13.

Устройство работает следующим образом.

В ждущем режиме, когда опорное напряжение Up больше входного Uex , операционный усилитель 1 находится в состоянии насьш1ения и имеет выходной сигнал, равный положительному значению напряжения насьщения . Конденсатор 8 при этом заряжается через пятый резистор 10 до напряжения и.„, и усилитель 1 1 находится в состоянии насыщения с отрицательным напряжением выхода UttH. Диод 7 при этом закрыт и напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 равно нулю. При возрастании напряжения ) когда потенциал инвертирующего входа операционного усилителя 1 станет больше нуля, операционный усилитель 1 переходит в состояние отрицательного насыщения с напряжением выхода ul . Конденсатор 8 начинает перезаряжаться через резистор 10 до этого напряжения. Когда напряжение на конденсаторе 8 достигнет напряжения на неинвертирующем входе усилителя 11, определяемого делителем напряжения на резисторах 6 и 12 и напряжением выхода операционного усилителя 1 , усилитель 1 1 переходит в состояние положительного

насьщения с напряжением выхода Uttn диод 7 при этом открывается и усили тель 1 также переходит в состояние положительного насьщения, а конденсатор 8 начинает перезаряжаться в обратном направлении положительным напряжением UiH. Следовательно, устанавливается автогенераторньй режим работы схемы. Частота генерируемых при этом импульсов будет равна

-

ZRi CglnTl+R , где R о R IT; - сопротивления

резисторов 6, ,10 и 12;

С g - емкость конденсатора 8.

Как следует из выражения (1), частота генерируемых импульсов не зависит от величин входного U и опор- ного Uo напряжений, а определяется величинами резисторов 6, 10 и 12 и емкости конденсатора 8, Частоту f можно легко регулировать, меняя, например, величину резистора R ,о что дает возможность задавать вьщержку времени на срабатывание последующих устройств.

Устройство обладает гистерезисом при возврате устройства в исходное состояние. Это обеспечивается следующим образом. В режиме генерации устройства за время, когда напряжение Q на выходе операционного усилителя 1 отрицательное, второй конденсатор 14 через резисторы 15 и 16 и второй диод 13 успевает зарядиться до некоторого отрицательного напряжения. При 15 снижении напряжения генерирование выходных импульсов прекращается, когда напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 1 становится равным напряжению на его не- 20 инвертирующем входе, величина которого определяется средним значением напряжения заряда конденсатора 14 Utpi4 цикл генерации схемы. Напряжение и (-р , задается соотношением ре- 25 зисторов 15, 16 и 5 и величины емкости конденсатора 16. Поскольку напряжение и ср 14 действует согласно с напряжением и gj , то срыв генера1щи (возврат устройства в исходное состояние) зо будет происходить при напряжении и gj( J меньшем, чем напряжение сраба- . тывания (начала генерации) Uav.cp , что и определяет гистерезис при возврате схемы в исходное состояние.

Определяем напряжение срабатывания.Ug.cp (начала генерации) схемы и напряжение возврата IJ а.а схемы в исходное состояние (прекращения или срыва генерации), считая операционные усилители 1 и 11 идеальньми. Для момента перехода усилителя 1.в отрицательное состояние насыщения, соответствующего началу генерации, выполняется следующее соотнощение

исходит в том случае, если дифференциальное напряжение между неинвертирующими и инвертирующими входами опе- paipioHHoro усилителя 1 станет больше нуля. В этом случае, когда после заряда конденсатора 8 до положительного напряжения порога П , определяемого делителем на резисторах 6 и 12, усилитель 1I переходит в состояние отрицательного насыщения и закрьшает- ся диод 7, усилитель 1 остается в

том же состоянии отрицательного на-- сьпцения и перезаряд конденсатора 8- не происходит.

Определяют напряжение возврата схемы в исходное состояние .«(прекращение или срыв генерации), полагая, что в момент возврата дифференциальное напряжение между входами усилителя 1 равно нулю.

В этом случае получают следующее

.соотнощение:

Uo Rjl +

и

и 8х. в R з1 - и

Ср14

ср. 14

(4)

где Ugxe напряжение источника 9

при возврате схемы; I - ток через резисторы 2 и 3;

среднее напряжение заряда конденсатора 14 за цикл генерации схемы. Из выражения (4)

и

ср. и

35

и

... Ь--и,-(1

)и, к 1

ср П

(5)

Сравнивая (З) и (З), видим, что напряжение возврата Иь.ь на вели 0 чину (1 + R,/R,) и с

р н

меньше, чем

45

и

о и ftj.cp

R

R.

(2)

где Ugj.ср - опорное напряжение

R;

напряжение срабатывания Ug j.,, что и определяет гистерезис при возврате устройства в исходное состояние.

Таким образом, благодаря предлагаемым взаимосвязям и введению второго операционного усилителя, пятого и щестого резисторов, а также второго диода, второго конденсатора, седьмого и восьмого резисторов удалось по- и напряжение на вхо- 50 высить точность работы устройства де в момент сраба- счет исключения влияния величин

входного и опорного напряжений на частоту генерируемых на выходе устройства импульсов, а также введения 55 гистерезиса при возврате устройства в исходное состояние. Формула изобретения

1, Импульсное устройство сравнения, содержащее первый операционный

тывания;

сойротивления резисторов 2 и 3,

Из (2) следует

п 3 бх. ср R.Возврат схемы в исходное состоя а(3)

ние, т.е. прекращение генерации,происходит в том случае, если дифференциальное напряжение между неинвертирующими и инвертирующими входами опе- paipioHHoro усилителя 1 станет больше нуля. В этом случае, когда после заряда конденсатора 8 до положительного напряжения порога П , определяемого делителем на резисторах 6 и 12, усилитель 1I переходит в состояние отрицательного насыщения и закрьшает- ся диод 7, усилитель 1 остается в

том же состоянии отрицательного на-- сьпцения и перезаряд конденсатора 8- не происходит.

Определяют напряжение возврата схемы в исходное состояние .«(прекращение или срыв генерации), полагая, что в момент возврата дифференциальное напряжение между входами усилителя 1 равно нулю.

В этом случае получают следующее

.соотнощение:

Uo Rjl +

и

и 8х. в R з1 - и

Ср14

ср. 14

де Ugxe напряжение источника 9

при возврате схемы; I - ток через резисторы 2 и 3;

среднее напряжение заряда конденсатора 14 за цикл генерации схемы. Из выражения (4)

и

ср. и

и

... Ь--и,-(1

)и, к 1

ср П

(5)

Сравнивая (З) и (З), видим, что напряжение возврата Иь.ь на вели 0 чину (1 + R,/R,) и с

р н

меньше, чем

(3)

51

усилитель, первый и второй резисторы первые выводы которьж подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, источник опорно- го напряжения, подключенный к второму выводу первого резистора, третий резистор, первый вьгеод которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя,чет- вертый резистор, диод, конденсатор и источник входного напряжения, о т- ли чающее с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства,, в него введены пятый и шее- той резисторы и второй операционный усилитель, причем первый вьгаод пятого резистора подключен к выходу первого операционного усилителя, инвертирующий вход второго операционно- го. усилителя подключен к второму выводу пятого резистора, первьй вывод шестого резистора подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а рторой вы- вод - к общей шине, при этом выход второго операционного усилителя под76

ключей через первый диод к наинвер- тирующему входу первого операционного усилителя, четвертый резистор включен между выходом первого операционного усилителя и неинвертирую- пдам входом второго операционного усилителя, конденсатор подключен между инвертирующим входом второго операционного усилителя и общей шиной,источник входного напряжения подключен к. второму выводу второго резистора, второй вывод третьего резистора соединен с общей щиной,

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен седьмой, восьмой резистор, второй конденсатор и второй диод, при этом между вторым выводом третьего резистора и общей шиной включены параллельно соединенные седьмой резистор и второй конденсатор, а второй вывод третьего резистора подключен к выходу первого операционного усилителя через последовательно соединенные восьмой резистор и второй диод.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения релейных органов в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем. Целью изобретения является повышение точности сравнения, что обеспечивается за счет исключения зависимости частоты генерируемых импульсов на выходе устройства при его срабатывании от величин входного и опорного напряжений и введения гистерезиса при возврате устройства в исходное состояние. Устройство содержит операционные усилители 1 и 11, источник 4 опорного напряжения, источник 9 входного напряжения, резисторы, конденсаторы и диоды. В устройство дополнительно введены второй операционный усилитель, второй диод, один конденсатор и четыре резистора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л