АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬт::;;;;:ч^^-:\пEHBAIiji'^ilA Советский патент 1973 года по МПК H03M1/62 G01R19/252 

1

Изобретение относится к цифровой технике и может быть использовано при электроизмерениях.

Известный аналого-цифровой преобразователь действующего значения переменного напряжения, содержащий блок управления, селектор периода, геператор образцовой частоты, управляемый делитель частоты, ключи, счетчик, в котором производится преобразование квадрата мгновенного значения измеряемого напряжения в частоту и последующая обработка ЧМ-сигнала, сложен и имеет невысокую точность.

В предлагаемом аналого-цифровом преобразователе упрощение устройства и повыщение точности преобразования достигается тем, что он содержит реверсивный счетчик, триггер, переключатель и квадратичный преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, вход которого через переключатель соединен со входом всего устройства, а выход через первый ключ, управляемый селектором периода, подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход последнего соединен с выходом управляемого делителя частоты, а выход через триггер - с управляющим входом второго ключа, через который выход генератора образцовой частоты подключен ко входу счетчика, и с управляющим входом третьего ключа, через который выход квадратичного преобразователя напряжения в частоту следования импульсов подключен ко входу управляемого делителя частоты.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема квадратичного преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ); на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу указанного

преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь действующего значения переменного напряжения содержит: переключатель /; селектор 2 периода входного сигнала; блок 3 управления;

квадратичный ПНЧ 4; первый ключ 5; второй ключ 6; третий ключ 7; четвертый ключ 8; счетчики 9, 10 цифрового управляемого делителя 11 частоты с системой импульсно-потенциальных ключей; реверсивный счетчик 12;

счетчик 13 схему «ИЛИ 14 триггер /5; генератор 16 образцовой частоты. Вход квадратичного ПНЧ 4 через переключатель / соединен со входом всего устройства, а выход через первый ключ 5 управляемый селектором 2 периода входного сигнала, подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 12. Вычитающий вход этого счетчика соединен с выходом управляемого делителя // частоты, а выход - через триггер 15 с управляющим входом второго ключа 6, через

который выход генератора 16 образцовой частоты подключен ко вхоДу счетчика 13, и с унравляющим входом третьего ключа 7, через который выход квадратичного ПНЧ 4 подключен ко входу управляемого делителя 11 частоты. Квадратичный ПНЧ 4 содержит (см. фиг. 2) дифференциальный усилитель 17 постоянного тока; блоки 18, 19 сравнения; триггер 20; электронный переключатель 2/; интегрирующую цепь, состоящую из резистора 22 и конденсатора 23.

В случае, если выходной величиной ПНЧ 4 считать частоту выходных имлульсов, то функция преобразования будет иметь вид:

f(t) SlUl-e(f),

где 5 - постоянный коэффициент, определяемый параметрами ПНЧ; С/о-постоянное образцовое напряжение;

e(t) - входное напряжение.

Пусть в некоторый момент времени i (см. фиг. 3) на вход ПНЧ 4 подано входное напряжение e(t) (на фиг. 3 оно представлено как постоянное, так как выходная частота ПНЧ на несколько порядков выще частоты входного сигнала и входное напряжение на протяжении нескольких периодов выходного напряжения ПНЧ можно считать практически постоянным). Сигнал с выхода дифференциального усилителя 17 постоянного тока вызывает срабатываяие блока 19 сравнения, который через триггер 20 и переключатель 21 подключит на вход интегрирующей цепи из резистора 22 и конденсатора 23 положительное образцовое напряжение +f/o. При этом конденсатор 23 начнет заряжаться и в некоторый момент времени напряжение на нем сравняется с входным напряжением. Дифференциальный усилитель 17 не чувствителен к синфазной составляющей напряжений на его входах, поэтому в этот момент его выходное напряжение соответствует нулевому сигналу на входе. При дальнейшем заряде конденсатора 23 в момент времени /2 выходной сигнал дифференциального усилителя достигает величины f)oп (на фиг. 3 U -приведенная ко входу усилителя величина t/on, ), при которой срабатывает блок 18 сравнения и на вход интегрирующей цепи подается отрицательное образцовое напряжение . Конденсатор 23 начинает разряжаться, и как только разность нацряжения на конденсаторе 23 и входного достигнет величины U , снова изменится знак образцового напряжения. Таким образом, частота генерируемых колебаний будет следующей:

к

(tY

f(0

Чи uU o-nRzfz3

((),(1)

е /С - коэффициент усиления дифференциального усилителя 17;

22 - величина сопротивлени я резистора 22; Сгз - величина емкости конденсатора 25.

Аналого-цифровой преобразователь действующего значения переменного напряжения работает в два цикла. В первом измеряют период входного сигнала и подсчитывают выходные импульсы ПНЧ в течение этого периода. По команде с блока 5 управления селектор 2 формирует импульс, длительность которого равна периоду Т входного сигнала. На это время открываются ключи 5 и S, и на счетчик 10 с генератора 16 образцовой частоты проходит число импульсов образцовой частоты /3, равное

NT r.f,.(2)

На суммирующий вход реверсивного счетчика 12 через ключ 5 поступает число импульсов частоты f(t), равное

N {f(t) {Uldt - е (t)dt 20о00

SUlT-S e(iYdt.

(3)

Во втором цикле по окончании селектированного периода входного сигнала по команде с блока управления переключатель / подключает на вход ПНЧ 4 нулевой потенциал, триггер 15 устанавливается в положение, отпирающее ключ 7. При этом на счетчик 9 управляемого делителя // частоты начинают поступать импульсы частоты

fo SUl,(4)

а с выхода схемы «ИЛИ 14 управляемого делителя 11 частоты па вычитающий вход счетчика 12 - импульсы с частотой

f .

Is - ГГ 10

ЛГ„

а с учетом условий (2) и (3)

f A:2Ls.ul

(5)

NO

где NO- емкость счетчика 9 или W.

Импульсы частоты fg поступают на вход счетчика 12 до момента его обнуления, когда соответствующий импульс возвращает триггер 15 в исходное состояние, закрывая, тем самым, ключ 7. Время, в течение которого ключ 7 открыт, равно

A f,

Jg

ИЛИ, после подстановки выражений (3) и (5),

- S

е (

J

V 7

/3

fj N,

sul

e (f)4t.

X

В течение этого времени через ключ 6, управ65 ляемый триггером 15, на счетчик 13 поступит импульсов образцовой частоты, рав е (t)4t N, t.f, N, «-it Таким образом, при соответствуюпдем выборе емкости счетчика 13 отсчет, снимаемый с него в обратном коде, прямо пропорционален квадрату действующего значения измеряемого напряжения и не зависит от частоты измеряемого напряжения. Отсчет действующего значения обеспечивается при любой форме измеряемого напряжения. Предмет изобретения Аналого-цифровой преобразователь деиствующего значения переменного напряжения, содержащий блок управления, селектор пе/Qlриода, генератор ооразцовои частоты, управляемый делитель частоты, ключи, счетчик, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, он содержит реверсивный счетчик, триггер, переключатель « квадратичный преобразователь напряжения в частоту следования импульсов, вход которого через переключатель соединен со входом всего устройства, а выход через первый ключ, управляемый селектором периода, подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты, а выход - через триггер - с управляющим входом второго ключа, через который выход генератора образцовой частоты подключен ко входу счетчика, и с управляющим входом третьего ключа, через который выход квадратичного преобразователя напряжения в частоту следования импульсов подключен ко входу управляемого делителя частоты.

П n Г

Т

1

т I I

tTff

-.У,

Ч I II

//„ J LJ u

ЛЛГ

Bbixoff ПНЧ