ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЦИФРОВОЙ КОД Советский патент 1968 года по МПК H03M1/56 

Известны быстродействующие преобразователи переменного напряжения в цифровой код, пропорциональный среднему (средневыпрямленному) значению переменного напряжения. Это преобразователи, использующие обработку мгновенных значений переменного напряжения (быстродействие - (0,5÷1) период переменного напряжения); преобразователи с промежуточным частотным преобразованием переменного напряжения (время преобразования - один период переменного напряжения).

Предлагаемый преобразователь отличается тем, что для повышения быстродействия, точности и упрощения устройства вход преобразователя через фазоинвертор соединен со входом блока управления и вторыми входами компараторов, выходы которых через триггер подключены ко входу схемы «И», причем второй вход последней соединен с блоком управления.

В предлагаемом быстродействующем преобразователе время преобразования равно половине периода переменного напряжения. Помехоустойчивость предлагаемого преобразователя такая же, как и у устройств с выпрямителем. Цифровой код, полученный в результате преобразования, прямо пропорционален среднему значению преобразуемого переменного напряжения.

Область применения предлагаемого преобразователя - цифровое измерение переменного напряжения в диапазоне низких и инфра-низких частот.

На чертеже приведена функциональная блок-схема преобразователя.

Схема содержит фазоинвертор 1, компараторы 2 и 3, генератор 4 пилообразного напряжения с частотой повторения f_n, триггер 5, генератор 6 колебаний стабильной частоты f₀, импульсно-потенциальный вентиль 7, логическую схему 8 совпадения и двоичный счетчик 9 импульсов. Управляющее устройство 10 состоит из формирователей 11, 12 и 13 импульсов, триггеров 14, ждущего мультивибратора 15 регулируемой задержки и дифференцирующей цепочки 16 и 17.

Переменное напряжение, подлежащее преобразованию U=UsinΩt, подается на фазоинвертор 1, имеющий два выхода (например, усилитель с симметричным выходом). На выходе а напряжение U₁=U₀+UsinΩt совпадает по фазе с напряжением U, а на выходе b напряжение U₂=U₀+Usin(Ωtπ) сдвинуто по фазе на 180°, где U₀ - постоянная составляющая (при U=UsinΩt=0 U₁=U₂=U₀).

Напряжения U₁ и U₂ подаются соответственно на компараторы 2 и 3, где сравниваются с пилообразным напряжением генератора 4, имеющего частоту повторения f_п, во много раз большую частоты преобразуемого напряжения . Импульсы с компараторов 2 и 3 запускают по раздельным входам триггер 5, который своим выходом соединен с одним из входов схемы 8.

Длительность импульсов на выходе триггера 5 определяется следующим выражением: τ(U)=2Δτ·sinΩt,

где Δτ - максимальная длительность импульса, пропорциональная амплитуде преобразуемого напряжения U: Δτ=S·U, где S - крутизна пилообразного напряжения.

Управляющее устройство 10 вырабатывает строб-импульс длительностью и импульс сброса в исходное состояние, задержанный на некоторое регулируемое время - t_инд (время индикации). Строб-импульс поступает на другой вход схемы 8. При наличии импульсов на обоих входах схема 8 открывает вентиль 7, который пропускает импульсы генератора 6 частоты f₀ к счетчику 9. Количество импульсов, отсчитанное счетчиком за время, равное половине периода преобразуемого напряжения, равно:

где - средневыпрямленное значение преобразуемого напряжения.

Управляющее устройство 10 работает следующим образом.

Формирователи 11 и 12 связаны с выходами а и b фазоинвертора 1. Они имеют одинаковые пороги срабатывания и формируют каждый по одному импульсу на период напряжений U₁ и U₂ соответственно. Интервал между импульсами с формирователей 11 и 12 равен половине периода преобразуемого напряжения. Эта импульсы по раздельным входам запускают триггер 14, вырабатывающий строб-импульс. Задний фронт строб-импульса после дифференцирования в цепочке 16 запускает ждущий мультивибратор 15 задержки, длительность импульса которого определяет время индикации и может регулироваться. Задний фронт импульса задержки дифференцируется в цепочке 17, а затем подается на формирователь 13. Импульс с формирователя 13 сбрасывает в исходное состояние счетчик 9 и триггеры 5 и 14.

Преимуществом предлагаемого преобразователя является то, что к отдельным блокам схемы не предъявляется жестких требований, так как линейность пилообразного напряжения может быть не очень высокой, так как в результате двухкомпараторного преобразования линейность преобразования повышается (нелинейности на противоположных относительно точки U₀ ветвях пилообразного напряжения частично компенсируются). К компараторам в отдельности не предъявляются высокие требования, достаточно лишь требование возможно большей идентичности их параметров.

Генератор пилообразного напряжения может быть засинхронизирован по частоте повторения генератором 6. Таким образом, в устройстве необходим только один стабилизированный по частоте генератор.

Расположение стробирующего импульса может быть произвольным во времени по отношению к периоду преобразуемого напряжения, поэтому к формирователям 11 и 12 предъявляется только требование идентичности.

При небольшом изменении устройства 10 и добавлении блока памяти возможно преобразование переменного напряжения в каждый полупериод его частоты. Это особенно важно при преобразовании в цифровой код переменного напряжения в диапазоне инфранизких частот.

Преобразователь переменного напряжения в цифровой код, содержащий фазоинвертор, компараторы, первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, триггер, схему «И», генератор стабильной частоты, соединенный через вентиль со входом счетчика и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и упрощения устройства, вход преобразователя через фазоинвертор соединен со входом блока управления и вторыми входами компараторов, выходы которых через триггер подключены ко входу схемы «И», причем второй вход последней соединен с блоком управления.