Быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1974 года по МПК G01R19/22 

Изобретение относится к области измерительной техники,

Известны быстродействущие преобразователи переменного напряжения в постоянное, содержащие выпрямляющие диоды, усилитель и резистор обратной связи.

Однако 1 этих преобразователях при изменении фазы входного напряжения на 180° полярность выходного сигнала не меняется. Кроме того, известные преобразователи имеют низкое быстродействие (при частотных входного сигнала 2040 Гц оно составляет 7-10 сек).

Эти недостатки не позволяют эффективно использовать указанные преобразователи в системах обегающего контроля, когда входной сигнал поступает поочередно от нескольких дифференциальных датчиков.

Для расширения частотного диапазона преобразования и повышенш чувствительности в предлагаемый

преобразователь введены дифференцирующий элеыбнт, регистр5КЛ 0чи, усилитель-ограничитель, триггер, интегрирующие конденсаторы, резистор нагрузки, йазочувствитэльный усилитель, вход которого соединен с выходом усилителя и через выпрямляющие диоды, первый, второй ключи - с входами третьего и четвертого ключей,а также о входом усилителя ограничителя, причем вход триггера подключен к выходу фазочувствительного усилителя, первый выход его соединен с управляющими входами второго, пятого ключей, второй вход его с управляющими входами первого, второго ключей; кроме того, выход усилителя через резистор обратной связи подключен к входам пятого и шестого ключей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго ключей; кроме того, выход усилителя ограничителя подключен к

jbA.o/t;y регистра, соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами третьего, четвертого,седьмого, восьмого, девятого и десятого ключей, причем выход третьего ключа подключен к первому интегрирующему конденсатору, входам седьмого и

девятого ключей, а выход четвертого ключа - к второму интегрирующему конденсатору, входам восьмого и десятого ключей, а выходы девятого и десятого ключей соединены с сопротивлением нагрузки.

На чертеже изображена блоксхе ла описываемого преобразователя, состоящего из дифференцирующего звена I, усилителя 2, резистора 3 обратной связи, фазочувствительного усилителя 4, триггера 5, выпрямляющих диодов б и 7, ключей 8-II, коммутирующих направление тока в нагрузке преобразователя, ключей 12-17 усилителя ограничителя 18, разрядного регистра 19, интегрирующих конденсаторов 20, 21 и нагрузки 22 преобразователя,

Принцип действия преобразователя заключается в следующем,

Переменное напряжение, подаваемое на вход преобразователя через дифференцирующее звено I, включено встречно с напряжением обратной связи, снимаемым с резистора 3, так, что на вход усилителя 2 воздействует разность этих напряжений - .С выхода усилителя 2 усиленное напряжение IH (здесь У.2

коэффициент усиления усилителя 2 поступает на диоды 6,7 и усилитель 4 с синхронным детектором.

Если напряжение на выходе усилителя 4 положительно и достигает заданного уровня, то триггер 5 находится в строго заданном состоянии, так что ключи В, II открыты, а ключи 10, 9 закрыты, В результате на входе усилителя ограничителя 18 появляется постоянная составляющая положительной полярности.

При смене фазы синфазной составляющей входного напряжения на противоположную (относительно опорного напряжения и on. ) изменяется полярность напряжения на входе триггера 5, в результат чего измиапются уровни напряжений на его выходах и состояния ключей. Ключи 8,11 закрываются.

а ключи-У,1и открьшаются, например, напряжение на входе коммутатора (ключи 8,11) становится отпиттятельным,

Напряженио с выхода коммутатора поступает на усилит8ль ограничитель 18, который усиливает пульсацию этого напряжения. При переходе через нуль напряжения на входе усилителя один раз за период происходит изменение состояния регистра 19, в результате чего за несколько периодов срабатывают ключи 12-17 в следующей последовательности: сначала открывается ключ 12, и конденсатор 20 заряжается током через диод и отк рытый ключ 10 (или II) в зависимости от фазы входного напряжения, при этом ключи 13-16 закрыты и только ключ 17 открыт.

В течение нескольких периодов, в зависимости от числа разрядов регистра 19, конденсатор заряжается, после чего исмпульсы с регистра закрывают ключи 12,17 и открывают ключи 15,16, Конденсатор 20 подключается последовательно нагрузке 22, создавая через нее ток. В следующий такт ключ 15 закрывается, а ключ 13 открывается, происходит заряд конденсатора 21 током через открытый ключ 10 или II.

После окончания заданного времени заряда ключи 13,16 закрываются, а ключи 14 и 17 открываются При этом параллельно нагрузке 22 подключается заряженный конденсатор 20, а конденсатор 21 отключается от нагрузки и разряжается через ключ 14,

Таким образом, в любой момент времени параллельно нагрузке подключен конденсатор 20 или 21, заряженный до напряжения, определяемого по формуле

Z

ii.iSlJ

с

V

о

де - амплитуда входного

напряжения;

с - напряжение, до которого заряжается конденсатор за ин,. , тервал времени ;

) коэффициент передачи дифференцирующего звена I; п - число периодов, в

течение которых происходит заряд конденсато,, ров; С - емкость каждого конденсатора;

- угловая частота; Кр- коэффициент преобразования преобразователя напряжения в ток,

Ксли сопротивление нагрузки выбрать достаточно большим, то напряжение на конденсатора за иятТ- - Т будет практически неизменно. Здесь €Т - интервал вреыени, в течение которого открывается ключ 14 или 15 для разряда соответствующего конденсатора

Из соотношения (I) видно, что напряжение на нагрузке не зависит от частоты и пропорционально току заряда конденсаторов, который при достаточной глубине обратной связи с высокой точностью пропорционален входному переменному напряжению. Значения /п и (f выбирают так, чтобы возможные запаздывания срабатывания ключей не вносили существенной погрешности.

На низких частотах, когда период Т весьма велик (0,2-0,08 сек) время переходного процесса предлагаемого преобразователя не превысит (2-3) т .

На высоких частотах, когда длительность периода Т соизмерима с временем запаздывания при переключении, целесообразно, с целью увеличения точности, выбирать параметры т v( достаточно большими путем увеличения числа разрядов /г регистра 19.

Как видно, быстродействие предлагаемого преобразователя получается существенно более высоким по сравнению с известными преобразователями, особенно на низких частотах, при этом обеспечивается чувствительность к смене фазы входного напряжения на противоположную.

Схема преобразователя легко выполняется на стандартных ин-;тегоальных микросхемах,

В случае преобразования сигналов с емкостных или воздушнотрансформаторных датчиков перемещений необходимость в дифференцирующем звене I отпадает.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ Быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий выпрямляющие диоды, усилитель и резистор обратной связи. отлич.аюшийся тем

что, с целью расширения частотно-{ го диапазона преобразования и повышения чувствительности, в него введены дифференцирующий элемент, регистр, ключи, усилитель ограничитель, триггер, интегрирующие конденсаторы, резистор нагрузки, фазочувствительный усилитель, вход которого соединен с выходом усилителя и через выпрямляющие диоды, первый и второй ключи - с входами третьего и четвертого ключей, а также с входом, усилителя ограничителя, причем вход триггера подключен к выходу фазочувствительного усилителя, первый выход его соединен с управляющими входами второго, пятого ключей, второй вход его - с управляющими входами первого, второго ключей; кроме того, выход усилителя через резистор обратной связи подключен к входам пятого и шестого ключей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго ключей; кроме того, выход усилителя ограничителя подключен к входу регистра, соответствующие выходы которого соединены с управляющими входами третьего, четвертого, седьмого, восьмого, девятого и десятого ключей, причем выход третьего ключа подключен к первому интегрирующему конденсатору, входам седьмого и девятого ключей, а выход четвертого ключак второму интегрирующему конденсатору, входам восьмого и десятого ключей, а выходы девятого и десятого ключей соединены с сопротивлением нагрузки.