Преобразователь параметров двухэлементных нерезонансных электрических цепей в унифицированные сигналы Советский патент 1976 года по МПК H03K13/02 

ратор соединен с аналоговым входом дискретно управляемого делителя, первый вход логической схемы через усилитель подключен к выходу дифференциатора, второй - к выходу генератора тактирующих импульсов, третий - к выходу дифференциального усилителя-ограничителя, а выходы логической схемы соединены с суммирующей и .вычитающей шинами реверсивного счетчика.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - .временные диаграммы напряжений в характерных точках схемы.

Преобразователь содержит усилитель постоянного тока 1, измеряемую цепь 2, опорный элемент 3, аналоговый сумматор 4, дискретно управляемый делитель 5, реверсивный счетчик

6.дифференциальный усилитель-ограничитель

7,интегратор 8, дифференциатор 9, усилитель 10, генератор тактирующих импульсов 11 и логическую схему 12, при этом выход усилителя постоянного тока 1, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент 3, подключен к одному входу аналогового сумматора 4, второй вход которого подключен к делителю 5, управляющие входы последнего соединены с выходами счетчика 6, а аналоговый вход - с выходом интегратора 8 и с одним входом усилителя-ограничителя; выход сумматора 4 подключен одновременно через дифференциатор 9 к входу усилителя 10 и к второму входу усилителя 7, выход которого соединен через измеряемую цепь 2 с входом усилителя 1 и с входом интегратора 8; выход усилителя 10, генератора 11 и усилителя-ограничителя 7 подключены к соответствующим входам схемы 12, два выхода которой подключены к суммирующей и вычитающей шинам реверсивного счетчика 6.

Работа преобразователя описывается на примере преобразования параметров параллельной RC-цепи; в качестве опорного элемента в этом случае в цепь отрицательной обратной связи УПТ1 включается конденсатор емкостью Со.

При включении преобразователя дифференциальный усилитель-ограничитель 7 из-за большого значения коэффициента усиления находится в насыщенном состоянии и с его выхода снимается напряжение С выхода

интегратора 8 снимается напряжение -

и

(где Тн - размер постоянной времени интегратора 8; ;/- текущее время). Это напряжение поступает на инвертирующий вход усилителяограничителя 7 и на вход делителя 5, напряжение на выходе которого имеет вид -

и

(где Лг - коэффициент передачи делителя 5). Одновременно напряжение с выхода усилителя-ограничителя 7 через измеряемую цепь 2 поступает на вход усилителя 1, охваченного параллельной емкостной отрицательной обратной связью через опорный элемент 3; на выхоУПТ1 напряжение изменяется во времени следующему закону

С t

.

0)

CDRCy

где С и R - размеры емкости и сопротивление измеряемой цепи 2;

Со - размер емкости опорного элемента 3.

Напряжение с выхода усилителя 1 поступает на один вход сумматора 4, на второй вход которого поступает напряжение с выхода делителя 5. С выхода сумматора 4 снимается напряжение

-рА-+ о- + о-, (2)

Иt-OАОо

которое поступает на неинвертирующий вход усилителя-ограничителя 7 и держит его в насыщенном состоянии.

В момент смены знака разности напряжений на входах усилителя-ограничителя 7 напряжение на его врходе скачком изменяется до величины- ЕО (меняет знак) за счет глубокой положительной обратной связи по цепи: выход

усилителя-ограничителя 7, измеряемая цепь 2, усилитель 1, сумматор 4, неинвертирующий вход усилителя-ограничителя 7, и описанный выше процесс повторяется.

Период генерируемых на выходе усилителяограничителя 7 Прямоугольных импульсов можно определить, приравняв к нулю разность напряжений на входах усилителя-ограничителя 7.

л- °(3)

т

1

1

I-i

RC

Импульсы с выхода усилителя-ограничителя 40 7 подаются на вход интегратора 8 и через измеряемую цепь 2 на вход усилителя 1. Напряжение на выходе интегратора 8:

(4)

иЛ„

Напряжение на выходе усилителя 1 в каждом полупериоде входного сигнала представляет собой сумму постоянной составляющей, определяемой значением измеряемой емкости С, и линейно изменяющейся составляющей, определяемой значением измеряемого сопротивления R:

U,(t)

(5)

i.

RCo

Напряжение U.{t) подается на аналоговый вход делителя 5, с выхода которого в i такте тактирующих импульсов с генератора 11 снимается напряжение

УЛО-Т /.

(6)

Напряжение /зСО подается на один из входов сумматора 4, на другой вход которого по65 дается в противофазе с линейно из.меняющейся составляющей, определяемой значением измеряемого сопротивления R, пилообразное напряжение f/sfO С1выхода делителя 5, крутизна которого изменяется каждый период тактирующих импульсов с выхода генератора 11. Таким образом, напряжение на выходе сумматора 4 (при равенстве коэффициентов передачи по его входам) в t такте тактирующих импульсов € генератора 11 определяется выражениеми (() - гр -т- / 0 - f, RC, .„ ) Напряжение Ui(t) подается одновременно на один вход усилителя-ограничителя 7 и на вход дифференциатора 9. С выхода дифференциатора 9 при работе его в линейном режиме снимается напряжение U,(t): 1 . ,,(8) оС --и, (t ± где-тд - постоянная времени дифференциатора 9.- 1 Первое слагаемое выражения (8)-результат воздействия на входе дифференциатора 9 перепада напряжения. Напряжение t/5 (О с выхода дифференциатора 9 подается на вход усилителя 10, с выхода которого снимается сигнал - д Ip U,( Ьо 1,1 г г ±V-1 где k - коэффициент усиления усилителя 10. Напряжение t/efQ с выхода усилителя 10, тактирующие импульсы с выхода генератора 11 и напряжение ±Ео с выхода усилителя-ограничителя 7 подаются на соответствующие входы схемы 12, сигнал на выходе которой в зависимости от полярности поступающих на ее вход импульсов появляется то на суммирующей, то на вычитающей щинах счетчика 6. Импульсы напряжения, снимаемые с выхода схемы 12, изменяют состояние счетчика 6, а следовательно,- и состояние делителя 5 таким образом, что напряжение на выходе сумматора 4 становится практически постоянным в течение каждого полупериода генерируемых на выходе усилителя-ограничителя 7 прямоугольных импульсов, т. е. при выполнении условия i - П о - кг на выходе сумматора 4 имеется только знакопеременное напряжение прямоугольной формы, амплитуда которого пропорциональна емкости С измеряемой цепи 2, следовательно, на выходе усилителя-ограничителя 7--знакопеременное напряжение прямоугольной формы. период которого однозначно определяется значением измеряемой емкости С: Г 4 - т„. Со Число импульсов, зафиксировапиых к этому моменту в счетчике 6, однозначно определяется значением измеряемого солротивления R: Работа преобразователя в случае преобразования параметров последовательных RC- и 1-цепей и параллельной RL-K&nvi аналогич-. При преобразовании параметров последовательной У С-цепи последняя включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, вход которого подключен к опорному резистору с сопротивлением Ro- Число импульсов, записанных при этом iB .счетчике 6, пропорционально измеряемой емкости: а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемого сопротивления: T R. При преобразовании параметров параллельной / L-цепи последняя подсоединяется к входу усилителя 1, в цепь отрицательной обратной связи которого включается опорный резистор с сопротивлением оКод, зафиксированный в счетчике 6, пропорционален измеряемой индуктивности: NI 4- V а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемого сопротивления: - л J При преобразовании параметров последовательной .-цепи последняя включается в цепь отрицательной обратной связи усилителя 1, к входу которого подключается опорная катушка индуктивности со значением индуктивности При таком включении код, зафиксированный в счетчике 6, пропорционален значению измеряемого сопротивления: Л. а период импульсов на выходе усилителя-ограничителя 7 пропорционален значению измеряемой индуктивности: Г .

Формула изобретения

Преобразователь параметров двухэлементных нерезонансных электрических ценей в унифицированные сигналы, содержащий дифференциальный усилитель-ограничитель, один вход которого через дискретно управляемый делитель подключен к первому входу аналогового сумматора, второй вход аналогового сумматора подключен к выходу усилителя постоянного тока, а выход - к входу дифференциатора и к второму входу дифференциального усилителя-ограничителя, выход последнего соединен через измеряемую цепь с входом усилителя постоянного тока с отрицательной обратной связью, управляющие входы дискретно управляемого делителя соединены с выходами реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия.

он содержит интегратор, усилитель, генератор тактирующих импульсов и логическую схему, причем выход дифференциального усилителяограничителя через интегратор соединен с аналоговым входом дискретно управляемого делителя, первый вход логической схемы через усилитель подключен к выходу дифференциатора, второй - к выходу генератора тактирующих импульсов, третий - к выходу дифференциального усилителя-ограничителя, а выходы логической схемы соединены с суммирующей и вычитающей шинами реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт. св. СССР №382232, кл. НОЗК 13/20, 04.02.72.

2.Заявка № 2077696/26-21, 25.11.74.

П П О П f П П n n f П П П О П П

//

П П П П П П П П

Вмд(-) 6

П П П П П П