Преобразователь напряжения в длительность импульсов Советский патент 1992 года по МПК H03M1/50 

VVJM J

о-а

г//.;

Упр: //

чГ

Тл ю

нта/1

J %. 9. L.J--J С мзо. ТА«

I 7

I 7 J ф, Л LJ-J

Ч;гт- iffiw ±$ш.

чГ

Тл ю п

нта/1 ч

J %. 9. L.J--J С мзо. ТА« J

J ф, Л LJ-J

iffiw ±$ш.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиковой аппаратуре для преобразования аналоговых сигналов в длительность импульсов в цифровых измерительных системах.

Известен преобразователь напряжения в частоту, содержащий пять транзисторов, диод, конденсатор и шесть сопротивлений, где база первого транзистора подключена к информационному входу преобразователя, коллектор соединен с шиной питания, а эмиттер подсоединен к аноду диода, через первое сопротивление к общеРГшиТГё устройства и второе сопротивление с базой третьего и коллектором второго транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине устройства, а база соединена с коллектором третьего транзистора и через третье сопротивление подключена к катоду диода и выходной шине устройства, эмиттер третьего транзистора соединен с одной из обкладок времязадающего конденсатора и стоком четвертого полевого транзистора, истсГк котЪ рТэго через четвертое сопротивление подключен к затвору и шине питания, другой обкладкой конденсатор подсоединен к базе пятого транзистора и через пятое сопротивление к шине питания, эмиттер пятого транзистора соединен с общей шиной устройства, а коллектор подключен к выходной шине устройства и через шестое сопротивление к шине питания.

Известен также преобразователь напряжения в длительность импульса( содержащий источник опорного напряжения, два операционных усилителя, интегрирующий конденсатор, токоограничивающее сопротивление, двухпозиционный ключ, компаратор и ждущий мультивибратор, где интегрирующий конденсатор одной обкладкой соединен с инверсными входами первого и второго операционных усилителей и через токоограничивающее сопротивление подключен к информационному входу устройства, другой обкладкой со входом компаратора и выходом двухпозиционного ключа, первый вход которого соединен с выходом первого операционного усилителя, второй вход с выходом второго операционного усилителя, у которых прямые входы соединены с источником опорного напряжения и общей шиной - соответственно, выход компаратора подключен ко входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом двухпозиционного ключа и информационным выходом устройства

Недостатком данного-устройства является наличие в схеме операционных усилителей, ограничивающих диапазон рабочих температур.

Цель изобретения - повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в широком диапазоне температур (от -60 до +125).

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий задающий

0 генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход соединен с входом синхронизации задающего генератора и первым выводом интег5 рирующего элемента, выполненного на конденсаторе, первый токоограничиваю- щий элемент, выполненный на резисторе, первый вывод которого является входной шиной дополнительно введены два ключа,

0 три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на резисторе и разделительный элемент, выполненный на диоде, анод которого объединен с первым выводом второго резистора и соединен с управляю5 щим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом задающего генератора и через четвертый резистор подключен к шине питания, а выход является шиной нулевого потенциала, катод диода объединен

0 со вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющий вход которого объединен с первым выводом третьего резистора и подключен ко входу синхронизации задающего генератора, вто5 рые выводы второго и третьего резисторов являются соответственно шиной питания и шиной нулевого потенциала, а второй вывод первого резистора соединен со входом третьего ключа.

0 На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг.З - принципиальная схема устройст ва.

Е Преобразователь напряжения п длительность импульса (фиг.1) содержит генератор 1, интегрирующий элемент 2, выполненный на конденсаторе, токоограни- чивающие элементы 3, 4, 5, 6, выполненные

0 на сопротивлениях, ключи 7, 8, 9 и диод 10.

Выход генератора 1 подключен через

сопротивление 5 к шине питания, соединен

с входом ключа 8 и управляющим входом

ключа 9, ьход которого является шиной пи5 тания, а выход соединен с входом синхронизации генератора 1, управляющим входом ключа 7, через сопротивление 6 с шиной нулевого потенциала и первым выводом конденсатора 2, второй вывод которого подключен к выходу ключа 7 и катоду диода 10,

анод которого соединен с управляющим входом ключа 8 и через сопротивление 4 с шиной питания, выход ключа 8 является шиной нулевого потенциала, а вход ключа 7 через сопротивление 3 соединен с входной шиной.

Преобразователь работает следующим образом. При включении питания на управляющий вход ключа 8 через сопротивление 4 подается напряжение источника питания открывающее ключ 8. Открывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 к шине нулевого потенциала и тем самым открывает ключ 9, который в свою очередь притягивает точку соединения сопротивления 6 и конденсатора 2 к шине питания и устанавливает на выходной шине преобразователя напряжения в длительность импульса единицу, напряжение источника питания (момент А фиг.2). Это напряжение открывает ключ 7, и по входу синхронизации разрешает работу релаксационному генератору прямоугольных импульсов 1, формирующему постоянное время Т заряда интегрирующего конденсатора 2. В этот момент конденсатор заряжается от измеряемого напряжения по цепи: токоограничивающее сопротивление 3, открытый ключ 7, конденсатор 2 и открытый ключ 4 (время А-В фиг.2). По окончанию времени Т заряда конденсатора на выходе генератора 1 формируется короткий импульс (момент В фиг.2) с напряжением, большим напряжения питания, который поступает на управляющий вход ключа 9. Этот импульс по переднему фронту закрывает ключ 9. В результате конденсатор 2 обкладкой, заряженной со знаком плюс через сопротивление 6 притягивается к шине нулевого потенциала и оказывается включен по схеме Сраз (Сраз нарисовано пунктирными линиями). Отрицательным напряжением накопленным на другой обкладке конденсатор 2 открывает диод 10 и закрывает ключ 8. Закрывание ключа 8, нулевой потенциал на выходе преобразователя, закрывает ключ 7 и по входу синхронизации удерживает генератор 1 от формирования нового импульса. Закрывание ключа 8 притягивает управляющий вход ключа 9 через сопротивление 5 к шине питания и теперь это напряжение по управляющему входу удерживает ключ 9 в закрытом состоянии. В это время (участок В-С фиг.2) конденсатор 2 начинает перезаряжаться по цепи: сопротивление 4, открытый диод 10, конденсатор 2 и сопротивление 6 от источника питания. Перезаряд конденсатора 2 идет до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет уровня закрывания диода 10 и открывания ключа 8 (момент С фиг.2). Открывание ключа 8 вызовет открывание ключа 9 в результате чего откроется ключ 7 и разрешит генератору 1 по входу синхронизации 5 формирование нового импульса длительностью Т. В результате интегрирующий конденсатор всегда заряжается одно и тоже время Т током, зависящим от измеряемого напряжения через большое входное сопро0 тивление 3, а разряжается разное время одним и тем же током. Поэтому время разряда конденсатора зависит от напряжения, до которого он зарядится измеряемым напряжением, за постоянное время Т.

5 На фиг.З представлена принципиальная схема устройства. Синхронизируемый генератор построен на транзисторах Т1-Т6, диодах D1-D2, сопротивлениях R1-R3, конденсаторах С1-СЗ, на диодах D3-D4 и кон0 денсаторе С4 построена схема формирования короткого импульса с напряжением, большим напряжения источника питания, на транзисторах Т7, Т8, диоде D5 и сопротивлениях R14, R26 - аналоговый

5 ключ, на транзисторе Т13, диодах D7-D8, сопротивлении R25 и конденсаторах С6-С7

-схема формирования отрицательного напряжения для управления аналоговым ключом, на транзисторах Т9-ТЮ, диоде D6,

0 сопротивлениях R16-R20 и конденсаторе С5

-ждущий мультивибратор и на транзисторах Т11-Т12, сопротивлениях R21-R23 - устройство управления синхронизацией генератора.

5 Рассмотрим работу преобразователя на примере принципиальной схемы (фиг.З). При включении источника напряжения база транзистора Т9 ждущего мультивибратора через сопротивление R17 притягивается к

0 положительной шине источника и транзистор открывается.О ткрытьТй тр анзистор смещает среднюю точку делителя R18, R19 от положительной шины источника напряжения в сторону земля иной и открывает

5 транзисторТЮ. В результате на коллекторе транзистора Т10, на выходе ждущего мультивибратора, формируется напряжение источника питания, единица. Этим напряжением открываются транзисторы Т8,

0 Т11, Т13. Открытый транзистор Т11 закрывает транзисторы Т1 и Tt2, a T12 в свою очередь закрывает транзистор Т5, Открытый транзистор Т8 формирует положительное напряжение на катоде диода D5 и

5 закрывает его, тем самым открывает аналоговый ключ на транзисторе Т7. В этот же момент, при включении источника напряжения, конденсатор СЗ разряжен. Поэтому база транзистора ТЗ через сопротивление R2 притягивается к положительной шине источника напряжения и транзистор открывается. При открывании транзистора ,ТЗ закрывается транзистор Т4, Но транзистор Т4 тут же открывается вновь, так как конденсатор С2 не заряжен. Через конденсатор С1 действует положительная обратная связь. Поэтому при открывании транзистора Т4, по положительному фронту импульса, открывается транзистор Т6. Открытый транзистор Т6 открывает транзистор Т2 и конденсатор СЗ мгновенно заряжается по цепи: сопротивление R11, открытый диод D1, открытый транзистор Т2 до напряжения источника питания. По мере заряда СЗ транзистор Т6 выходит из насыщения и закрывает транзистор Т2. При открывании транзистора Т2 закрываются диод D2 и транзистор ТЗ. В это время транзистор Т4 открыт и идет заряд конденсатора С2 по цепи сопротивление R7, открытый транзисторТ4, сопротивление R8, конденсатор С2. По окончании времени заряда конденсатора СЗ на выходе генератора формируется нулевой потенциал, транзистор Тб закрыт, и начинается процесс разряда конденсатора по цепи: сопротивления R2. R11. Конденсатор СЗ разряжается до напряжения открывания транзистора ТЗ. При открывании транзистора ТЗ закрывается транзистор Т4 и конденсатор С2 начинает разряжаться через сопротивление R9. По окончании разряда конденсатора транзистор Т4 открывается и по положительному фронту открывается транзистор Т6, который вновь открывает транзистор Т1 и конденсатор СЗ начинает заряжаться. Время разряда конденсатора СЗ, формируемое на выходе генератора, является величиной постоянной для ждущего мультивибратора. В это время транзисторы Т9 и Т10 открыты, аналоговый ключ на транзисторе 17 открыт и происходит заряд конденсатора СЗ разностью опорного источника напряжения и входного напряжения по цепи открытый транзистор Т10, токоограничивающее сопротивление R16 и открытый аналоговый ключ на транзисторе Т7. Время заряда является величиной постоянной. Поэтому напряжение заряда на конденсаторе зависит от входного напряжения. При открывании транзистора Т6 генератор с помощью удвоителя напряжения, построенного на диодах D3, D4 и конденсаторе С4, формирует короткий импульс положительной полярности с напряжением большим напряжения источника питания. Этот импульс закрывает транзистор Т10. В результате конденсатор положитель- нозаряженной обкладкой притягивается к земле, а отрицательнозаряженной к базе транзистора Т9 через открытый диод Об (отрицательным напряжением диод открывает

ся). В результате транзистор Т6 закрывается и притягивает среднюю точку делителя R18, R19 к положительной шине источника напряжения. По окончании импульса на выходе удвоителя закрытый транзистор Т10 будет удерживать в закрытом состоянии транзистор Т9. В это время конденсатор С5 разряжается-по цепи сопротивление R17, открытый диод Об и сопротивление R20.

0 Конденсатор разряжается до напряжения открывания транзистора Т9. При открывании транзистора Т9 открывается и транзистор Т10 и конденсатор С5 вновь начинает заряжаться. Время разряда конденсатора

5 С5 зависит от напряжения, до которого он зарядился за время Tconst, т.е. от напряжения входного источника. Во время разряда конденсатора С5 транзистор Т11 закрывается и закрывает аналоговый ключ на тран0 зисторе Т7, а также открывает транзисторы Т1, Т12 и Т5 (транзисторы синхронизации генератора). Теперь по окончании заряда конденсатора СЗ транзисторы Т6 и-Т1 закрываются, но конденсатор остается заря5 женным до напряжения источника питания с помощью открытых транзисторов синхронизации Т5, Т1 до окончания разряда конденсатора С5 в ждущем мультивибраторе. Экспериментальные исследования за0 являемого устройства для преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) заявляемое устройство

5 обеспечивает большую точность (5%) линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в диапазоне температур от -60 до +125°С. Формула изобретения

0 Преобразователь напряжения в длительность импульсов, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого является шиной питания, а выход

5 соединен с входом синхронизации задающего генератора и первым выводом интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, первый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, пер0 вый вывод которого является входной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два ключа, три токоограничивающих элемента, каждый из которых выполнен на

5 резисторе, и разделительный элемент, выполненный на диоде, анод которого объединен с первым выводом второго резистора и со единен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом задающего генератора

и через четвертый резистор подключен к шине п итания.авыходявляется шиной нулевого потенциала, катод диода объединен с вторым выводом конденсатора и подключен к выходу третьего ключа, управляющий вход которого объединен с первым выводом третьего резистора и подключен к входу синхронизации задающего генератора, вторые выводы второго и третьего резисторов являются соответственно шиной питания и шиной нулевого потенциала, в второй вывод первого резистора соединен с входом третьего ключа.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности линейного преобразования двухполярного напряжения в длительность импульса в широком диапазоне температур. Преобразователь содержит генератор, конденсатор 2. токоограничивающие сопротивления 3, 4, 5, 6, ключи 7, 8, 9, диод 10. Отличие состоит в том, что в схему ввели ключи 7 и 8, диод 10, сопротивления 4, 5, 6, причем выход задающего генератора 1 соединен с управляющим входом ключа 9, вход которого подключен к источнику.пцга, ния, а выход через сопротивление 6 к первой обкладке конденсатора 2, вторая обкладка которого подключена к выходу ключа 7 и через диод 10 к управляющему входу ключа 8 и к одному из выводов сопротивления 4, второй вывод которого соединен с источником питания. 3 ил. ОЧвЮЯШ 17. 6w.t 8х 1 № г еД ,я вход ff -tt V8x J в#х. Пи - (Л С -Ч 00 СЛ о х4

Синхровхог; генерато- pa I

Выход генератора I U. ист,пит.

Управляющий вход клоча 9

Выход ключа 9

.Управлявший вход ключа 8

Вход ключа 8

Выход ключа 7

Напряжение д на конденсаторе

1 | 1РМЛ1 Lj

CD--ч

I