Преобразователь напряжение-код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/56 

114

Изобретение относится к информационно-преобразовательной технике, в частности к преобразователям напряжения в число импульсов, используемых в преобразователях аналог-код и, в первую очередь, в преобразователях напряжение - код в различных устройствах автоматики и телемеханики систем автоматического регулирования.

Цель изобретения - повьшение точности при преобразовании малых сигналов ,

На чертеже приведена структурная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, преобразователь 3 отрицательного напряжения, вьшолненный на генераторе 4 20 пилообразного напряжения, источник 5 порогового напряжения, вьтолненный на диоде 6, накопительный элемент 7, выполненный на конденсаторе, токоогра

Генератор 1 импульсов вьфабаты- вает счетные импульсы, которые поступают на второй вход элемента И 46 и вход делителя 2 частоты. На выходе делителя 2 частоты вырабатываются тактовые импульсы, период Т которых определяет такт работы преобразователя напряжение - код. Эти тактовые Импульсы поступают на управляющий вход преобразователя 3 отрицательного напряжения и через инвертор 19 на 15 управляющий вход преобразователя 20 положительного напряжения и через суммирующий резистор 42 на неинвертирующий вход компаратора 45, на инвертирующий вход компаратора 45 поступает положительное напряжение по величине больше, чем положительное напряжение логического нуля тактовых импульсов и при отсутствии нанряже- ний (импульсов) на выходах преобраничивакяцем элементе 8, выполненном на 25 зователей 3 и 20 отрицательного и порезисторе, буферном усилителе 9, сравнивающем устройстве 10, выполненном на операционном усилителе 11, токоограничивающих элементах 12 и 13, вьтолненньк на резисторах аналоговом 30 сумматоре 14, выполненном на операционном усилителе 15, токоограничивающих элементах 16 и 17, выполненных на резисторах, компенсирующий элеложительного напряжений, на выходе компаратора 45 вьфабатьтаются положительные импульсы, совпадающие по времени с импульсами на выходе инвертора 19 и сдвинутые на 180 относительно импульсов на выходе делителя частоты 2. Эти положительные импульсы разрешают прохождение счетных: импульсов с выхода генератора 1 импуль0

0

Преобразователь напряжение - код работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов вьфабаты- вает счетные импульсы, которые поступают на второй вход элемента И 46 и вход делителя 2 частоты. На выходе делителя 2 частоты вырабатываются тактовые импульсы, период Т которых определяет такт работы преобразователя напряжение - код. Эти тактовые Импульсы поступают на управляющий вход преобразователя 3 отрицательного напряжения и через инвертор 19 на 5 управляющий вход преобразователя 20 положительного напряжения и через суммирующий резистор 42 на неинвертирующий вход компаратора 45, на инвертирующий вход компаратора 45 поступает положительное напряжение по величине больше, чем положительное напряжение логического нуля тактовых импульсов и при отсутствии нанряже- ний (импульсов) на выходах преобраложительного напряжений, на выходе компаратора 45 вьфабатьтаются положительные импульсы, совпадающие по времени с импульсами на выходе инвертора 19 и сдвинутые на 180 относительно импульсов на выходе делителя частоты 2. Эти положительные импульсы разрешают прохождение счетных: импульсов с выхода генератора 1 импуль

Изобретение относится к информационно-преобразовательной технике, в частности к преобразователям напг ряжения в число импульсов, используе- мых в преобразователях аналог-код и, в первзпо очередь, в преобразователях напряжения в код в различных устрой- ствах автоматики и телемеханики систем автоматического регулирования с использованием ЭВМ при работе с малыми входными сигналами. Цель изобретения - повышение точности при преобразовании малых входных сигналов. Преобразователь напряжение - код содержит последовательно соединенные генератор счетных импульсов н делитель частоты, преобразователи отрицательного и положнтепьного входных напряжений, подключенные управляющими входами к выходу делителя частоты непосредственно и через инвертор и содержавшие генератор пилообразного напряжения, источник порогового напряжения на диоде, компенсирующий элемент, аналоговый сумматор и сравнивающее устройство, четыре суммирующих резистора, источник опорного напряжения, два диода, компаратор, эле- ент И и счетчик. 1 ил. I (Л

мент 18, выполненный на диоде, инвер-35 ов через элемент И 46 на вход счет-г тор 19 и преобразователь положительного напряжения 20, выполненный аналогично преобразователю 3 отрицательного напряжения, и включающий в себя аналоговый сумматор 21, выполненный 40 на операционном усилителе 22, токоограничивающих элементах 23-26, выполненных на резисторах, компенсирующем элементе 27, выполненном на диоде, сравнивающем устройстве 28, вы- 45 полненном на операционном усилителе 29 и токоограничивающих элементах 30 и 31, выполненных на резисторах, генераторе пилообразного напряжения 32, источнике порогового напряжения 33, л вьшолненном на диоде 34, накопительном элементе 35, выполненном на конденсаторе, токоограничивающем элементе 36 и буферном усилителе 37, диоды 38 и 39, токоограничивающие „ элементы 40-43, выполненные на резис торах, источник опорного напряжения 44, компаратор 45, элемент И 46, счетчик 47.

чика 47, устанавливая на его выходе код, соответствующий нулевому вход- ному сигналу и равному по времени половине тактового интервала.

В генераторах 4 и 32 пилообразного напряжения вьфабатываю гся в разные полупериоды положительные пилообразные импульсы, причем, в данном случае, пилообразный положительный импульс на выходе генератора 4 совпадает с тактовым импульсом, а на выходе генератора 32 совпадает с паузой тактовых импульсов.

Положительные пилообразные им- Пульсы с выхода генераторов 4 и 32 пилообразных напряжений поступают соответственно на входы источников 5 и 33 пороговых напряжений, где через диоды 6 и 34 заряжают конденсаторы 7 и 35 до своих амплитудных значений. Положительные напряжения конденсаторов 7 и 35 через буферные усилители 9 и 37 поступают соответственно на первые входы сравнивающих

ов через элемент И 46 на вход счет-г

чика 47, устанавливая на его выходе код, соответствующий нулевому вход- ному сигналу и равному по времени половине тактового интервала.

В генераторах 4 и 32 пилообразного напряжения вьфабатываю гся в разны полупериоды положительные пилообразные импульсы, причем, в данном случае, пилообразный положительный импульс на выходе генератора 4 совпадает с тактовым импульсом, а на выходе генератора 32 совпадает с паузо тактовых импульсов.

Положительные пилообразные им- Пульсы с выхода генераторов 4 и 32 пилообразных напряжений поступают соответственно на входы источников 5 и 33 пороговых напряжений, где через диоды 6 и 34 заряжают конденсаторы 7 и 35 до своих амплитудных значений. Положительные напряжения конденсаторов 7 и 35 через буферные усилители 9 и 37 поступают соответственно на первые входы сравнивающих

3

устройств 10 и 28, устанавливая на их выходах отрицательное напряжение которое из-за диодов 38 и 39 не проходит на входы компаратора 45.

В то же самое время с выходов генераторов 4 и 32 пилообразных напряжений положительные пилообразные импульсы через компенсирующие элементы 18 и 27 поступают на вход сумма- торов 14 и 21 и через резисторы 17 24 на инвертирующий и неинвертирующ входы операционных усилителей 15 и 22 соответственно.

При отсутствии входного напряже- ния на выходе сумматора 14 формируется отрицательный пилообразный импульс, амплитуда которого по модулю в момент прихода пилообразного импульса равна постоянному напряжению на выходе источника 5 порогового наряжения, а на вь1ходе сумматора 21 формируется положительный пилообразный импульс, амплитуда которого рав положительному напряжению на выходе источника 33 порогового напряжения.

Таким образом, при отсутствии входного сигнала напряжения на выходах: сумматоров 14 и 21 не могут быт больше по модулю опорных напряжений источников 5 и 33 пороговых напряжений соответственно, и на вькодах сравнивающих устройств 10 и 28 поддерживается отрицательное напряжени

не проходящее на входы компаратора 45, и на выходе счетчика 47 продолжает оставаться код, соответствующий нулевому входному сигналу. Дан- 1й-код, воздействуя на систему автоматического регулирования, поддерживает систему в положении, соответствующему нулевому входному напряжению.

В моменты пауз,, когда пилообразные импульсы на вькодах генераторов 4 и 32 пилообразньк напряжений отсутствуют, конденсаторы 7 и 35 в источниках 5 и 33 пороговых напряжений разряжаются через резисторы 8 и 36 до величины больщей, чем ожидаемое измейение амплитуды пилообразного напряжения. При этом, на выходах сравнивающих устройств 10 и 28 поддерживаются отрицательные напряжения, и на выходе нереверсивного счетчика поддерживается код, соответствующий нулевому входному сигналу, про- должая воздействовать на систему ав тематического регулирования.

,

O

5 0 5

0

5

0

5

0

В следующем периоде тактовых импульсов, в генераторах 4 и 32 пилообразных напряжений вырабатываются новые пилообразные импульсы, которые заряжают конденсаторы 7 и 35 источников 5 и 33 порогового напряжения до новых амплитудных значений и на выходах сравнивающих устройств 10 и - 28 продолжает оставаться отрицательное напряжение и на выходе преобразователя поддерживается код, соответствующий нулевому напряжению на входе преобразователя.

При поступлении на вход устройства положительного напряжения, напряже- : кие на выходе аналогового сумматора 14 по модулю становится меньще, чем постоянное напряжение на выходе источника 5 порогового напряжения на величину входного сигнала и на выхо де сравнивающего устройства 10 поддерживается отрицательное напряжение, не проходящее на неинвертирующий вход компаратора 45. В это же самое время на выходе аналогового сумматора 21 напряжение становится больше на величину входного напряжения, чем на выходе источника 33 порогового напряжения, на выходе сравнивающего устройства 28 вырабатывается положительный импульс амплитудой большей, чем амплитуда тактового импульса на выходе инвертора 19 и длительностью, пропорциональной величине входного положительного напряжения, причем задний фронт этого импульса совпада-: ет с задним фронтом тактового импульса на выходе инвертора 19. В результате на выходе компатора 45 вырабатывается положительный импульс длительностью, меньшей, чем Т/2 на величину, пропорциональную величине положительного входного напряжения, на выходе элемента И 46 количество импульсов уменьшится на величину, пропорциональную величине положительного входного напряжения, и на выходе преобразователя (счетчика 47) вырабатывается число (код), меньше, чем при Т/2 на величину, пропорциональную величине положительного напряжения за тйст (период)работы устройства.

При поступлении на вход устройства постоянного отрицательного напряжения, напряжение на выходе аналопо- вого сумматора 21 по модулю будет меньше, чем на выходе источника 33

10

20

25

порогового напряжения на величину выходного напряжения и на выходе сравнивающего устройства 28 установится отрицательное напряжение, которое не проходит на инвертирующий вход компаратора 45.

В то же самое время на выходе аналогового сумматора 14 напряжение по модулю будет больше, чем на выходе источника 5, порогового напряжения на величину входного отрицательного напряжения, на выходе сравнивающего устройства 10 вырабатывается положительный импульс, длительностью, пропорциональной величине входного отрицательного напряжения, причем задний фронт этого импульса совпадает с передним фронтом тактового импуль- сй на выходе инвертора 19, в результате чего на выходе компаратора 45 вырабатывается положительный им- пулвс, длительностью большей, чем Т/2 на величину, пропорциональную величине отрицательного входного напряжения, на выходе элемента И 46 количество импульсов увеличится на величину, пропорциональную величине отрицательного входного напряжения, и на выходе преобразователя (счетчика 47) вырабатьгоается число (код), больше, .чем при Т/2 на величину, пропорциональную величине отрицательного напряжения за-такт (период) ра- боты устройства.

: Таким образом, на выходе преобра- 1 зователя за тактовый интервал Т будет число (код) импульсов, количество которых будет больше или меньше коли- чества, соответствующего половине тактового интервала Т/2 на величину, пропорциональную величине отрицатель- ного или Положительного входного сиг нала, и будет максимальным за период при максимальном отрицательном сигна- g ле на входе и равно нулю при максимальном положительном сигнале на входе.

Устройство обеспечивает более точное приведение системы автоматического регулирования к нулю, за счет того, что в районе нуля на выходе реверсивного счетчика всегда присутствует число (код) импульсов (в каждом такте работы), которое участвует i в управлении системой автоматического регулирования и изменение числа

14449516

(кода) происходит плавно (линейно, что не приводит к перерегулированию системы автоматического регулироваJ. НИЯ. О

Формула изобретения

Преобразователь напряжение - код, содержащий последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом преобразователя отрицательного напряжения и через инвертор - с входом преобразователя положительно15 го напряжения, каждый из преобразователей выполнен на генераторе пико- образного напряжения, управляющий вход которого является входом соответствующего преобразователя, а выход соединен с входами компенсирующего элемента и источника порогового нап ряжения, выход которого соединен с 1ервым входом сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом аналогового сумматора, первый вход которого соединен с шиной преобразуемого напряжения, а второй вход - с выходом компенсирующего элемента, и элемент И, первый вход

30 которого соединен с выходом генератора импульсов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности при преобразовании малых входных сигналов, в него введены два детекторных элемента, выполненных на первом и втором диодах, четыре токо- ограничивающих элемента, выполненных

на резисторах, компаратор, счетчик и источник опорного напряжения, при- jQ чем выход компаратора подключен к второму входу элемента И, а неинвертирующий вход через первый резистор подключен к выходу инвертора и через последовательно соединенные второй резистор и первый диод к выходу сравнивающего устройства преобразователя отрицательного напряжения, инвертирующий вход компаратора через третий резистор подключен к выходу источника опорного напряжения и через пос- ледо вательно соединенные четвертый резистор и второй диод - к выходу сравнивающего устройства преобразователя положительного напряжения, при этом выход элемента И подключен к входу счетчика, выход которого является выходной шиной.

50

55

g

на резисторах, компаратор, счетчик и источник опорного напряжения, при- Q чем выход компаратора подключен к второму входу элемента И, а неинвертирующий вход через первый резистор подключен к выходу инвертора и через последовательно соединенные второй резистор и первый диод к выходу сравнивающего устройства преобразователя отрицательного напряжения, инвертирующий вход компаратора через третий резистор подключен к выходу источника опорного напряжения и через пос- ледо вательно соединенные четвертый резистор и второй диод - к выходу сравнивающего устройства преобразователя положительного напряжения, при этом выход элемента И подключен к входу счетчика, выход которого является выходной шиной.

0

55