Преобразователь переменного напряжения в цифровой код Советский патент 1977 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может 1применяться в аппаратуре для электрических, акустических и других измерений, например, в цифровых вольтметрах, пз.меряющих среднее значенне неременного напряжения.

Известны преобразователи амплитуды переменного напряжения в цифровой код, в которых исиользуется лринцип преобразования амплитуды иеремепного напряжения -во временной интервал с использованием запоминающей емкости и ее разряда через токостабилизирующий двухполюсник. Полученный временной интервал измеряется путем его заполнения импульсами стабильной частоты, поступающими в дальнейшем на счетчик импульсов {. Однако такой преобразователь имеет низкую точность измерения.

Известен также преобразователь среднего значения иеременпого напряжения в цифровой код 2, в котором входной сигнал расщепляется по фазе фазоииеертором на два напряжения, последние сравниваются компараторами с пилообразным напряжением, подаваемым от геиератора пилообразного напряжения.

В момент равенства расщепленных напряжений и пилообразного :нап1ряжения на выходах компараторов возникают импульсы, сдвинутые во времени в зависимости от величины

входного сигнала. Последовательность импульсов первого компаратора поступает на один из входов первого триггера, а последовательность импульсов второго компаратора - на второй вход этого триггера.

Задним фронтом импульса второго триггера запускается лиуи1,ий мультивибратор, вырабатываюндий импульс, длительность которого определяет время индикации рез льтата, иакопленного счетчиком импульсов. По окончании ждущего мультивибратора триггеры и счетчик имлульсов устанавливаются в иачальиое состояние. После этого устройство готово к следующему циклу 1 змереНИИ.

Известное устройство имеет низкую точность и помехоустойчивость, так как в нем производится преобразовавие в цифровой код только положптельиой полуволны входного сигнала.

Кроме того, даже при идентичном смещении иорогов срабатывания формирователей имиульсов и идентичном изменении постоянных составляющнх сигналов фазорасщепителя времепной интервал, формируемый вторым триггером, равен половине периода частоты, но сдвигается во времени относительно моментов перехода входного сигнала через нуль, что приводит к значительным погрешностям, так как одна часть интервала преобразования соответствует положительному -полупериоду входного сигнала, а другая часть - отрицательно.му полунериоду. Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости работы преобразователя. Это достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в цифровой ;код, содержащий комнараторы, входы которых подключены К фазорасш,епителю и генератору пилообразного напряжения, элемент И, установленный между триггером, генератором стабильной частоты и счетчиком импульсов, формирователь импульсов и ждущий мультивибратор, подключенный к счетчику импульсов и триггеру, введены добавочный счетчик импульсов, дополнительный элемент И и элемент ИЛИ, установленный между выходами компараторов и счетным входом триггера, а выход формирователя импульсов через первый вход дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора, подключен к добавочному счетчику импульсов, выход которого соединен с входом ждущего .мультивибратора и входом элемента И. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 и 3 - эпюры напряжений, поясняющие принцип действия преобразователя. В преобразователь входят фазорасщепитель 1, комнараторы 2 и 3, ИЛИ 4, генератор 5 пилообразного напряжелшя, триггер 6, генератор 7 стабильной частоты, элемент И 8, формирователь 9 импульсов, дополнительный элемент И 10, добавочный счетчик 11 импульсов, ждущий мультивибратор 12, счетчик 13 импульсов. Иа входе предлагаемого преобразователя установлен фазорасщепитель 1, выходы которого соединены с входа-ми компараторов 2 и 3. Вторые входы компараторов 2 и 3 подключены к генератору 5 пилообразного напряжения, выход которого подключен к установочному входу триггера 6. Выходы компараторов 2 и 3 нагружены на входы элемента ИЛИ 4, выход которого соединен со счетным входом триггера 6. Между счетчиком 13, генератором 7, триггером 6 и добавочным счетчиком 11 установлен элемент И 8. Один нз выходов фазорасщепителя 1 соединен с входом формирователя 9. Последний через дополнительный элемент И 10 связан с входом добавочного счетчика 11, выходом соединенного с входом элемента И 8 и входом мультивибратора 12, выход которого подсоединен .к тригге;ру 6, счетчику 13, добавочному счетчику 11 и второму входу дополнительного элемента И 10. В предлагаемом преобразователе входной сигнал t/x 6:v-mSinQ (энюра 14, фиг. 2) расщепляется по фазе на два напряжения Ul - UQ -{- Uxm sin Qt и Uz UQ - Uxm ЗШ Ш (эпюры 15, 16, фиг. 2). Напряжения Ui и f/2 подаются соответственно на входы компарагоров 3 и 2. На другие входы компараторов 2 и 3 поступает пилообразное напряжение с генератора 5. В моменты равенства и и Uz пилообразному напряжению на выходах компараторов возникают имнульсы. Импульсные последовательности компараторов (эпюры 17, 18, фиг. 2) сдвинуты по времени друг относительно друга в зависимости от величины входного сигнала. В первый полупериод частоты Q импульсы компаратора 2 опережают соответствующие одному прямому ходу пилообразного напряжения импульсы компаратора 3, а во второй полуиерпод отстают. Выходные и.мпульсы компараторов 2 и 3 через элемент ИЛИ 4 подаются на счетный вход триггера 6. Обратным ходом пилообразного напряжения три-ггер 6 устанавливается в начальное состояние. Следовательно, независимо от временного положения импульсных последователь остей компараторов 2 и 3 друг относительно друга, т. е. в любой полупериод входного сигнала, триггер 6 вырабатывает импульсы (эпюра 19, фиг. 2). Установка триггера 6 в начальное состояние каждым обратным ходом пилообразного напряжения повышает помехоустойчивость преобразования сигналов. Импульсы, снимаемые с триггера 6, управляют элементом И 8, на импульсный вход которого подается сигнал с генератора стабильной частоты. На второй потенциальный вход элемента И 8 подается потенциал в течение интервала времени М пТ (где п - целое число). Этот интервал вырабатывает добавочный счетчик 11. Иачки и-мпульсов с выхода элемента И 8 подаются на вход счетчика 13 импульсов. Количество входных импульсов за время А/ nt определяется выражением N -S -HMjL. и где t/cp - Ujf /о - частота генератора стабильной частоты; f - . Наличие постоянной составляющей Их во входном сигнале не вызывает погрещности преобразования. Если в первый полупериод частоты Q, из-за влияння постоянной составляющей Vx импульсы т (О становятся короче, то во второй полупериод - длиннее, и наоборот. Иоэтому суммарная длительность импульсов за период Т не меняется из-за изменения постоянной составляющей Их, Для формирорования интервала nt напряжение Ui (эпюра 20, фиг. 3) поступает а формирователь 9, вырабатывающий имульсы, временное положение которых соотетствует переходу через нуль входного сигала от отрицательного значения к положиельному (эпюра 21, фиг. 3). Эти импульсы ерез дополнительный элемент И 10 (эпюра 2, фиг. 3) поступают иа вход добавочного счетчика 11, емкость которого изменяется оператором. С выхода добавочного сче -чика импульсов снимается импульс (эпюра /и, фиг 3) с длительностью, равной п периодам JacTOTbi И. Этот импульс разрешает прохож дение счетных пм;пульсов через элемент И 8 на Бчод счетчика 13. Задним фронтом имнульС1 юбавочного счетчика 11 запускается ждущий мультивибратор 12, вырабатьгвающии „мпх-льс (эпюра 24, фиг. 3), длительность коTOoJro определяет время индикации результата в сетчпке 13. На время ннднкации этот иупульс поступает на вход дополнительного элемента И 10 и за.ирещает прохождение импульсов с формирователя 9 на добавочный гчстчик II iio оконча.ппп импульса ждущего мультивибратора триггер 6, счетчики 13 и 11 устанавливаются в начальное состояние. После этого схема готова к следующему циклу пре° Гпр1длагаемом преобразователе смещение порога срабатывания формирователя 9 (эпюпа 25 фиг 3) не приводит к изменению дли. 1 „..„„„„ or,o «PI-I т Л/ Лоомиоуе.ГеГс е Г™Те„11;, ГрТ| фиг 3) относительно входного сигнала. Это Смещение «е приводит к изменению результата преобразования. Формула изобретения Преобразовагель переменного напряжения цифровой код, содержащий компараторьт, ходьТ которых подключены к фазорасщепиетю и генератору пилообразного напряжения элемент И, установленнь,й между триггепом генератором стабильной частоты и счет 5иком импульсов, формирователь импуль сов и ж%ЩИЙ мультивибратор, подключенный к счетчику импульсов и триггеру, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышення точнот помехоустойчивости, в него введены до бавочный счетчик импульсов, дополнительный элемент И и элемент ИЛИ, установленный междТ вьосодами компараторов и счетньш входом триггера, а выход формирователя импутьсов через первый вход дополнительного элемента И второй вход которого соединен с вьГходом ждущего мультивибратора, подклю:чен к добавочному счетчику нмеульсов, выход которого соединен с входом ждущего мультивпбпатопа и входом элемента И. Источники информации, :цринятые во внима -Т К Тм Ц„Фро..е „з«.р,.е.- ,.Г, щая , , кл. Н ОЗК 3/20 0602 67.

,

;/: