Цифровой измеритель отношений напряжений Советский патент 1990 года по МПК G01R19/10 

фиъ.1

Изобретение относится к циАровой измерительной технике и может быть использовано в цифровых преобразователях информации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения помимо измерения отношения напряжений в логарифмическом Масштабе измерения отношения напряжений в обычнрм масштабе, причем измерения осуществляются в циклическом режиме.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Пийюовой измеоитель отношений содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого через элемент И 2 подключен к входу счетчика 3 импульсов, выход которого является первым выходом 4 устройства, блок 5 управления, первый вход которого подключен к выходу стробируемого компаратора 6, рервый выход - к первому входу,генератора 7 пилообразного (экспоненциального) напряжения, а второй и третий выходы соответственно - к управляющим входам ключей 8 и 9, сигнальные входы которых соединены с клеммами 10 и 11 для подключения источников первого (U) и второго (U7) входных напряжений соответственно, а выходы объединены и подключены к одному из входов стробируемого компаратора 6, другой вход которого подключен к выходу генератора 7 пилообразного напряжения, второй вход которого соединен с клеммой 12 для подключения источника опорного напряжения (U0), генератор 13 пилообразного (экспоненциального) напряжения, первый и второй входы которого подключены соответственно к второму выходу блока 5 управления и клемме 14 для подключения источника третьего (U-) входного напряжения, выход - к первому входу блока 15 преобразования мгновенного значения напряжения в код, второй вход которого подключен к второму входу элемента И 2 и первому входу ключа 9 и к третьему выходу блока 5 управления, первый выход - ко второму выходу 16 устройства, а второй выход - к второму входу блока 5 управления, четвертьй выход которого соединен со стробирующим входом компаратора. Кроме того, блок 5 управления содержит первый триггер 17, первый вход (С) которого является первым входом блока 5, первьй (Q) и второй (0)

выходы - вторым и третьим выходами блока 5 соответственно, второй триггер 18, первьй вход (S) которого является установочным входом 19 Пуск устройства, а первьй и второй выхоДы - соответственно первым и четвертым выходами блока 5, элемент ИЛИ 20, первьй вход которого является установочным входом 21 Сброс устройства, а второй вход - вторым входом

5 блока 5, а выход соединен с вторыми входами (R) триггеров 17 и 18.

Блок 5 преобразования мгновенного значения напряжения в код содержит элемент 22 выработки и хранения,

0 первый выход которого соединен с первым входом блока 15, а выход через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 23 - с первым выходом блока 15, формирователь 24 импульса

5 Начало преобразования, вход которого подключен к вторым входам блока 15 и элемента 22 выборки и хранения, а выход подключен к входу Запуск АЦП 23 и является вторым

0 выходом блока 15.

Генераторы 7 и 13 пилообразного напряжения содержат параллельно соединенные резистор и конденсатор, выводы которых объединены, причем пер5 вые подключены к общей шине, а вторые - через управляемый ключ к входу соответствующего генератора 7(13) и, кроме того, являются его выходом, управляющие входы ключей являются

0 первыми входами генераторов 7, 13.

Устройство работает следующим образом,

В исходное состояние устройство приводится импульсом, подаваемым на

5 установочный вход 21 Сброс блока 5. Этот импульс, пройдя через элемент ИЛИ 20, устанавливает триггеры 17 и 18 в исходное положение О по входу R, при этом:

0 потенциал высокого уровня, соответствующего уровню 1 с первого выхода Q триггера 17 (фиг. 2з) устанавливает ключ 8 в замкнутое положение (на фиг. 2е условно показано затемс ненной полосой),при котором большее напряжение U, с клеммы 10 подается на один из входов компаратора 6 (на фиг. 2е условно обозначено К8 (U,)); этот же потенциал удерживает в замкнутом положении ключ генератора 13 пилообразного напряжения (ГПН), через который конденсатор RC-цепбчки указанного генератора заряжается до величины напряжения U, подаваемого на клемму 14 (фиг. 2к) ;

потенциал низкого уровня, соответствующего уровню О, с второго выхода Q триггера 17 (Лиг. 2ж)устанавли- вает ключ 9 в разомкнутое положение, при котором меньшее напряжение Иг оказывается отключенным от компаратора 6; этот же потенциал блокирует элемент И 2, установленный в цепи подачи импульсов опорной частоты генератора 1 на счетный вход счетчика 3;

потенциал 1 с первого выхода Q триггера 18 (фиг. 2г) устанавливает в замкнутое положение ключ ГПН 7, через который конденсатор RC-цепочки указанного генератора заряжается до величины опорного напряжения U0, подаваемого на клемму 12 (фиг. 2а) ;

потенциал О с второго выхода Q триггера 18 (фиг. 2в) подается на стробирующий вход компаратора 6 и блокирует его, (т.е. не разрешает его работу в режиме сравнения напряжений.

Сигнал Пуск, подаваемый на vc- тановочный вход 19 блока 5 (фиг. 26), устанавливает триггер 18 по входу S в положение 1, при этом потенциалом 1, снимаемым с единичного выхода триггера (фиг. 2в), он разблокируется, а потенциалом О, снимаемым с нулевого выхода триггера 18 (фиг. 2г) ключ ГПН 7 размыкается, отключая конденсатор RC-цепочки генератора 7 от источника опорного напряжения 10, конденсатор начинает разряжаться, а на выходе ГПН 7 формируется экспоненциально спадающее напряжение U , подаваемое на другой вход компаратора 6 (фиг. 2а). В момент времени t15 соответствующий равенству напряжений на входах компаратора 6 (,, фиг. 2а) на его выходе формируется короткий импульс (Фиг. 2д), который перебрасывает триггер 17 в положение 1. Потенциал на первом выходе Q триггера 17 изменяется до уровня О (фиг. 2з), Ключ 8 размыкается, отключая напряжение U. от компаратора 6, при этом потенциал на его единичном выходе изменяется до уровня 1 (фиг. 2ж)

96746

и устанавливает ключ 9 в замкнутое положение (на фиг. 2е условно показано пустой полосой), при котором к компаратору 6 подключается меньшее напряжение U2 с клеммы 1I (на фиг. 2е условно обозначено К9 (Ua)), Одновременно открывается элемент И2, и импульсы генератора 1 опорной ча- Ю стоты начинают заполнять счетчик 3 (фиг. 2и).

В момент времени Ц, соответствующий равенству напряжений на входах компаратора 6 (.j, 2a), по5 следний вновь срабатывает, формируя импульс (фиг. 2д), который возвращает триггер 17 блока 5 в исходное положение О. На первом выходе Q триггера 17 появляется потенциал 1

0 (Фиг. 2з), а на втором выходе - потенциал О (фиг. 2ж), при этом ключ 8 устанавливается в замкнутое положение (Фиг. 2е), подключая к компара- тору 6 напряжение U1 с клеммы 10, а

5 ключ 9 - в разомкнутое положение, отключая от него напряжение U. Потенциал 1 от второго входа элемента И2 в момент времени t снимается (фиг. 2ж),и поступление импульсов

0 с выхода генератора 1 на счетчик 3 прекращается (фиг. 2и). Число импульсов, зафиксированное в счетчике 3 за время , оказывается пропорциональным логарифму отношения

r входных напряжений U, и U. При эт.ом соответствующий код счетчика подается на выход 4 устройства, В момент времени t}, когда триггер 17 перебрасывается в положение 1 (фиг.2з),

0 одновременно с ключом 8 устанавливается в разомкнутое положение и ключ ГПН 13, при этом конденсатор RC-цепочки генератора 13 отключается от клеммы 14 источника напряжения

5 U3 и начинает разряжаться, а на выходе ГПН 13 формируется экспоненциально спадающее напряжение и (фиг. 2к), подаваемое на вход блока 15. Элемент 22 выборки и хранения при потенциале

0 1 на втором входе (фиг. 2ж) работает в режиме Выборка (отслеживает напряжение Up).В момент времени t -3 триггер 17 возвращается в положение О вторым импульсом компаратора 6,

5 потенциал на его втором выходе изменяется до уровня О (фиг. 2ж) и переводит элемент 22 выборки и хранения в режим Хранение (фиксирует мгновенное значение Uxp напряжения U P)

(фиг. 2к) . По перепаду потенциала из 1 в О на втором выходе триггера 17 запирается формирователь 24 и выдает с задержкой ta, равной апертур- ному времени элемента 22, импульс Начало преобразования (фиг. 2л), который запускает АЦП 23, который выдает на выход 16 устройства код, пропорциональный Uyp:

-atltt

(О

U,

где /Jt-ta-t,-t,ln -± ; .

Ј,, ,, - постоянные времени разряда RC-цепочек генераторов 7 и 13 соответственно. При И, гнз (1) получаем

п - НзУ

и,

(2)

Импульс с выхода формирователя 24 кроме того, подается на второй выход блока 15 и, пройдя далее через элемент ИЛИ 20 блока 5, возвращает триггер 18 в исходное положение О по входу R, при этом потенциал О с единичного выхода триггера (фиг.2в вновь блокирует компаратор 6, а потенциал 1 с его второго выхода (фиг. 2г) устанавливает ключ ГПН 7 в замкнутое положение, при котором конденсатор RC-цепочки генератора 7 начинает заряжаться до уровня опорного напряжения U0, напряжение Up на выходе ГПН 7 начинает возрастать по экспоненциальному закону (фиг. 2а), но, достигнув уровня U,, не вызывает срабатывания компаратора 6, т.к. он заблокирован, чем достигается ис- ключение возможности ложного срабатывания компаратора при возврате устройства в исходное состояние.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель отношений напряжений, содержащий генератор опорной частоты, выход которого че- рез элемент И подключен к входу счетчика импульсов, выход которого является первым выходом цифрового измерителя, и блок управления, первый вход которого подключен к выходу компаратора, первьй выход - к пер- вому входу генератора пилообразного напряжения, а второй и третий выходы соответственно - к управляющим входам первого и второго ключей, сиг50

5

0

5 30 35 40

45

Q -с

нальные входы которых соединены с клеммами для подключения источников первого и второго входных напряжений соответственно, а выходы объединены и подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, второй вход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей цифрового измерителя, в него введены второй генератор пилообразного .напряжения и блок преобразования мгновенного значения напряжения в код, компаратор выполнен стробируемым, причем первый и второй входы второго генератора пилообразного напряжения подключены соответственно к второму выходу блока управления и клемме для подключения источника третьего входного напряжения, а выход - к первому входу блока преобразования мгновенного значения напряжения в код, второй вход которого подключен к второму входу элемента И и первому входу второго блока, первый выход - к второму выходу цифрового измерителя, а второй выход - к второму входу блока управления, четвертый выход которого соединен со стробирующим входом компаратора.

2.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит первый триггер, первьй вход которого соединен с входом элемента И, первьй вход которого является первым входом блока, а первьй и второй выходы - к второму

и третьему выходам блока соответственно, второй триггер, первьй вход которого подключен к установочному входу Пуск цифрового измерителя, а первьй выход - к первому выходу блока, второй - к второму входу элемента И, элемент ИЛИ, первьй и второй входы которого соединены соответственно с установочным входом Сброс цифрового измерителя и вторым входом блока, а выход - с вторыми входами пепвого и второго триггеров.

3.Измеритель по п. 1, отличающий с.я тем, что блок преобразования мгновенного значения напряжения в код содержит элемент выборки-хранения, вход которого подключен

к входу, а выход через зналого-цифровой преобразователь - к первому выходу блока, и формирователь импульса Начало преобразования, вход которого подключен к второму входу элемента

выборки-хранения и является вторым входом блока, а выход - к входу запуска аналого-цифрового преобразователя и является вторым входом блока.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в вычислительных преобразователях информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, элемент И2, счетчик 3 импульсов, блок 5 управления, стробируемый компаратор 6, генератор 7 пилообразного напряжения /ГПН/, ключи 8 и 9, с помощью которых на один из входов компаратора 6 поочередно подключается большее /V₁/ и меньшее /V₂/ входные напряжения, а на другой вход - изменяющееся по экспоненциальному закону напряжение V_P с выхода ГПН 7. В моменты времени, соответствующие равенству напряжений V_P и V₁/V₂/, компаратор 6 срабатывает, а временной интервал между двумя его последовательными срабатываниями, пропорциональный LNV₁/V₂, преобразуется в код, который снимается со счетчика 3 и подается на выход 4 устройства. Включение в состав устройства дополнительных узлов - второго ГПН 13, управляемого блоком 5 и связанного с источником третьего входного напряжения V₃ и блока 15 преобразования мгновенного значения напряжения в код обеспечивает выполнение операции, результат которой, пропорциональный V₃^.V₂/V₁ в цифровой форме, снимается с второго выхода 16 устройства. 2 ил.