Преобразователь напряжения в интервал времени Советский патент 1989 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании точных и быстродействующих АЦП постоянного и переменного тока и в устройствах первичной обработки информации

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг о 2 -временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит первый интегратор, выполненный на преобразователе 1 напряжения в ток и конденсаторе 2, второй и третий интеграторы на конденсаторах 3, 4, три операционных усилителя 5-7, четыре ключа 8-11, два транзисторных ключа 12 и 3, два источника опорного тока 14, 15, генератор 16 тактовых импульсов, делитель 17 частоты, два триггера 18 и 19, элемент И 20, одновибрятор 21 и токоог- раничивающий элемент, выполненный на диоде 22.

Преобразователь работает следующим образом

К моменту начала очередного цикла конденсаторы 2 и 4 разряжены, конденсатор 3 заряжен до некоторого напряжения за предыдущий цикл (фиг.З,В), ключи 8, 10, 11 разомкнуты, ключ 9 замкнут, триггер 18 находится в нулевом состоянии.

Цикл работы начинается в момент t,, с приходом импульса Тд с делителя 17. Импульс TO с инверсного выхода размыкает ключ 9, а импульс TO с прямого выхода делителя 17 проходит через элемент И 20 и замыкает ключ 8, В результате происходит заряд конденсатора 2 входным током 1д , а конденсатор 3 разряжается током 1,, от источника 14 опорного тока.

За интервал времени Т конденсатор 2 получит заряд, значение которого определяется выражением

(

сл

ел

ND

Х) 4

сл

с:

Q.

1,т,

k и/г

,

где 1 - напряжение на конденсаторе

2;

Uji - среднее значение входного

напряжения.

В течение интервала времени Т операционный усилитель 5 выполняет роль компаратора. Как только конденсатор 3 разрядится до значения U от компаратор сработает и подготовит триггер 18. Как только придет очег редной тактовый импульс f j., триггер 18 сработает о Это приведет к размыканию ключа 8 и запуску одновнбратора 21, Импульс с одновибратора 21 замыкает ключ 10„ В течение интервала времени от момента t срабатывания компаратора до момента t прихода тактового импульса конденсатор получает паразитное приращение напряжения

-It г. 01

Ci где (t - tj) .

В течение интервала времени t,, задаваемого одновибратором 21, ключ 10 остается замкнутым. В результате замыкается отрицательная обратная связь через транзисторный ключ 13 и происходит перенесение остаточного паразитного заряда с конденсатора 3 на конденсатор 4, В результате конденсатор 3 разрядится до и ,„ , а коденсатор 4 - до напряжения

ли.с, и .

Это выражение справедливо, так как разряд и заряд С вызываются одним и тем же током.

Таким образом, к моменту окончания интервала времени преобразователь 0 будет находиться в следующем состоянии: конденсатор 2 заряжен до некоторого напряжения (информативный заряд, который получил конденсатор 2, определяется выражением для Q i) ; конден- 45 сатор 3 разряжен, конденсатор 4 заряжен до напряжения V

После окончания интервала времени Тр ключ 9 замыкается и тем самым 50 замыкается петля отрицательной обратной связи операционного усилителя 6,

Конденсатор 2 за счет действия ООС будет разряжаться до нуля (фиг,3,А), а конденсатор 3 будет заряжаться этим же током. Очевидно, что заряд Q, получаемый конденсатором 3, будет равен Q а .

Напряжение на конденсаторе ределяется выражением

т„ и.

и.

LO и, С

В течение следующего цикла Т„ конденсатор 3 разряжается опорным током 1 до исходного состояния. Время разряда определяется выражением

ДТ

1 ftifx

k UK т.

0(

Этот интервал времени, пропорциональный входному напряжению, подает- ся на первый выход и далее может использоваться для определения старших разрядов при измерении

Одновременно с окончанием Т взводится триггер 19 и зам 1кается ключ 11. Происходит разряд конденсатора 4 опорным током Ijjj до нуля. На выходе триггера 19 формируется второй выходной интервал времени

и. лт

etflf J

или

4

Г

оа

4Т

бык

ли„ Сз

-01

Интервал времени 4Tjj, несет информацию о паразитном приращении напряжения на конденсаторе 3,,

Дополнительный выходной интервал ЛТд,к может быть использован для уточнения младших разрядов соответствующего АЦП.

Существенньм достоинством предлагаемого преобразователя является то, что он позволяет быз снижения быстродействия дополнительно получить информацию о паразитном приращении напряжения на интегрирующем конденсаторе, а это дает возможность учесть вызванную этим явлением погрешность преобразования (измерения) и использовать эту информацию при работе пре- (образователя в составе АЦП для уточ- Iнения младших разрядов выходного кода,

Формула изобретения

Преобразователь напряжения в ин- тepвaлv времени, содержащий первый интегратор, вход которого является входной шиной, второй интегратор,выполненный на первом конденсаторе, первый вход которого соединен с вы51

ходом первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу пер вого источника опорного тока, генератор тактовых импульсоЕ, выход кото рого соединен с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точ ности преобразователя, в-него введены делитель частоты, одновибратор, второй триггер, третий интегратор, выполненный на втором конденсаторе, второй и третий операционные усилители, второй, третий и четвертый клю чи, второй источник опорного тока, первый и второй транзисторные ключи, токоограничивающий элемент, выполненный на диоде, и элемент И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, прямой выход которого через одновибратор соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - к базе первого транзисторного ключа, эмиттер которого объединен с инвертирую(цим входом первого операционного усилителя и подключен к выходу первого ключа, а коллектор объединен с катодом диода, инвертирующим входом второго операционного усилителя, первым выводом второго конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго источника опорного тока, а управляюо1ий вход - с выходом

294566

второго триггера, первый вход которого объединен с анодом диода и подключен к выходу второго операционного усилителя, второй вход второго триггера соединен с прямым выходом делителя частоты и объединен с вто- jjbiM входом элемента И, выход которого подключен к управляющему входу вого ключа И является первой выходной шиной, второй выходной шиной является выход второго триггера, а вход делителя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов, инверс- (5 ный выход - с управляющим входом четвертого ключа, информационный вход

которого подключен к выходу третьего операционного усилителя, а выход - к базе транзисторного ключа, эмиттер 20 которого объединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя и подключен к первому выходу первого интегратора, второй выход которого соединен с неинвертирующим

25 входом третьего операционного усилителя и является шиной первого опорного напряжения, коллектор второго транзисторного ключа соединен с первым выводом первого конденсато- 30 ра и объединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является шиной второго опорного напряжения и подключен к второму выводу перic вого конденсатора, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя объединен с вторым выводом

второго конденсатора и является общей шиной.

6i

« лг

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности преобразователя-достигается введением источника тока, дополнительного интегратора, триггера, двух транзисторных ключей, делителя частоты, элемента И, одновибратора, что позволяет получить дополнительную информацию о приращении напряжения на интеграторе. 2 ил.

OiTt

u

бых1 0

if

Jjlljl|lil|iil illlHIHHHHM,