Преобразователь напряжения в цифровой код Советский патент 1978 года по МПК H03K13/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В ЦИФРОВОЙ код

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в разомкнутых и замкну-, тых аналого-цифровых измерительных и автоматических системах.

Известен преобразователь напряжение-код следящего типа в комбинации с частотным преобразователем, в состав которого входят суммирующие усилители, частотный преобразователь и преобразователь код-напряжение 1.

Недостатком этого преобразователя является сравнительно низкое быстродействие.

Известен преобразователь напряжения в цифровой код с обратной связью следящего типа, содержащий суммирующие усилители, пороговые устройства, реверсивный счетчик и преобразователь код-напряжение 2.

Однако скорость работы реверсивного счетчика, определяющая быстродействие преобразон вателя, выбирается из условия устойчивости всего преобразователя, а потому в сотни раз ниже достижимой в настоящее время скорости работы счетчиков, взятых в отдельности.

Цель изобретения заключается в повыщении быстродействия преобразователя напряжения в цифровой код с обратной связью следящего типа.

Поставленная цель достигается тем. что в преобразователь напряжения в цифровой код, содержащий суммирующие усилители постоянного тока, входы которых соединены с пгиной преобразуемого напряжения и выходом преобразователя код-напряжение, причем выход первого су.ммирующего усилителя постоянного тока через первое пороговое устройство соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен ко входу сложения реверсивного счетчика, выход второго суммирующего усилителя постоянного тока через второе пороговое устройство соединен с иервыл входом второго элемента И, выход которого подключен ко входу вычитания реверсивного счетчика, вторые входы элементов И соединены с выходо.м генератора счетных импульсов, и выходы разрядов реверсивного счетчика подключены к входам преобразователя код-напрях ение, дополнительно введены делитель частоты и генератор линеаризующих напряжений, пря мой выход которого соединен с входом первого суммирующего усилителя постоянного тока, инверсный выход - с входом второго суммирующего усилителя постоянного тока, а вход генератора линеаризующих напряжений подключен к вы.ходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом генспагора счетных н.мпульсов. На фиг. i гюкйзана структурная с.хема предг лагаемо о преобразор-ателя; на фиг. 2 -- эпюры напряжений в разл1 чных точках схемы. Преобразователь напряжение-цифровой код включает в с:ебя два су.ммирующих усилягел;. 1 и 2 постоянного , два пороговых устройства 3 и 4, двл элемента И 5 к 6, генератор 7 счет)1ых импульсов, реверсивный счетчик 8, декодирующий преобразователь код-напряженке 9. делитель частоты 10 и генератор 11 линеаризующих напряжений с прямым и инверсным выходами, шкны 12 преобразуе.мого напрял ения. При разомкнутых выходах генератора линеаризуюаигх напряжений 11 получается из; естный преобразователь, напря/к ния в .,пфрозой код с обрат; о;; гнязьк; ск-;; ицего Ина. Работу узлов сп)ел1ляет велич-; ;: niccc r.iuсоваиия. I.e. сумма преобра уолго о 1аиряжсратной связи с выхода ).м.иге.ля код-;;;)пряжение 9. Наггряж1 : 1е, ;;р(;:-,(.)ня;тьпое рассогласованио, формиру :;Т суммяруьмцне Усилите, 1 II 2 г остоянног(} .ока. В 3at HCMiviocTH 01 рассогласования, Bo.v(s ны три режи..-а работы: рассо1.тасованке по.южителыю п по абсолютной величине провосходиг пологл ну Lieca младшего разряда ::реобразо1.ателя; при это.м напряжен не с выхода сум.мируюшего си.;1ителя 1 вызывает с)абат1 нание порсчового устройства 3, |;ото Х)е открьизает э.;1емент И 5, и и.мпульсы генератора 7 поступают на вход сложения счетчика 8; каждый импульс иызывает увеличение числа, яакоп.леипого в рс.-;с)сивно.м счетчике 8, на единицу ылачи его разряда преобразователя, следствие.м чего является увеличение напряжения с выхола декодирующего преобразователя 9 па величину кеса младшего разряда преобразователя: рассогласовзние отрицательно и абсолютной велич11не г ревосход|;т по.новину иеса младшего разряда ;реобразовате,я; в этом случае .напряжение с выхода сум.мирурощего усилителя 2 вызывает- срабатывание порогового устройства 4, которое открывает элемент И 6, и импульсы генератора 7 поступают на вход вычитания счегчика 8, каждый и.wпульс вызывает уменьшение числа, накопленного в счетчике 8, на единицу младшего разряда преобразователя, следствием чего является уменьн.ение напряжения с выхода преобразователя 9 па величину веса младшего разряда преобразователя; абсолютная величина рассогласования меньше по,; ювины веса млад1иего разряда преобразователя. Тогда пороговые устройства 3 и 4 не срабатывают, и элементы И 5 и 6 оставляют генератор 7 отключенным от входов счетчика В, число, накопленное в счетчике 8, а в.месте с ним и напряжение е выхода преобразователя код-напряжение 9 остаются пеизменны.ми; число, накопленное в реверснвно.м счетчике 8, представляет цифровой код напряжения подведенного ко входу 12 устройства. Работу нреобразова еля при подключенных выходах генератора линеаризующих напряжений li поясняют эпюры напряжений в различных точках блок-схема преобразователя (эпюры пе учитывают переходные процессы в узлах преобразователя). При подключении выходов генератора линеаризующих напряжений, в отличие от рассмотренного случая работы при разомкнутых выходах, значительно уменьшен период повторения и У1пульсов генератора 7 до величинря, при которой еще нормально работает счетчик 8; остальные узлы преобразователя, работа которых рассмотрена в случае разомкнутых выходов генератора 11, предполагаются неизменными. Коэффициент деления делителя частоты 10 (целое положительное число, значительно превосходящее единицу) должен быть выбран таким, чтобы период повторения выходных и.мпульсов делителя частоты 10 не превос-ХОДил 1 Выходные импульсы делителя частоты 10 являются запускающими (или синхро1П1: Ирующими) импульсами для генератора II, и с выходов генератора 11 снимаются периодичес кие колебания напряжений с периодо.м -повторения, не Г1ревосходя1ци.м Т„. Форма выходных колебаний генератора 11 мо.жет бьггь различной, однако желательно обеспечить пилообразную форму. Напряжение с прямого выхода генератора 11 в .максимуме равно нулю, а в остальное время периода отр};цательнЬ; напряжение с инверсного выхода генератора 11 в минимуме равно нулю, а в остальное время периода положительно. Форма изображенных на эпюрах напряжений с выходов генератора 11 удобна для пояснения работы преобразователя, а их период взят равным Рассмотрим основные режимы работы преобразователя. Рассогласование положительно и по абсолютной величине превос.ходит половину веса младшего разряда преобразователя. При этом напряжение с выхода суммирующего усилителя на некотором интервале времени превышает уровень срабатывания устройства 3 и остается меньше уровня срабатывания устройства 3 во все остальное время периода Т,,. Пока напряжение с выхода суммирующего зсилителя 1 превосходит уровень срабатывания устройства 3, элемент И 5 оставляет открытым импульсам генератора 7 на вход сложения реверсивного счетчика 8; каждый импульс вызывает увеличение числа, накопленного в счетчике 8, на единицу младщего разряда преобразователя, следствием чего является увеличение напряжения с выхода преобразователя на величину веса младшего разряда преобразователя. Отличие от работы преобразователя папряжение-цифровой код с обратной связью следяцдего типа здесь проявляется в том, что в зависимости от длительности интервала времени, на котором напряжение с выхода сум.мирующего усилителя 1 превышает уровень срабатывания порогового устройства 3 вход сложения счетчика 8 .могут проходить не только один, но и несколько импульсов генератора 7; количество импульсов, достигающих входа сложения счетчика 8 в каждом периоде, зависит 5 как от величины рассогласования в этом периоде, так и от формы напряжения с прямого выхода генератора 11. На прилагаемых эпюрах напряжений в одной периоде проходит три счетных импульса, на что в преобразователе напряжение-цифровой код с обратной связью следящего типа потребуется три периода работы, что и доказывает повышение быстродействия предлагаемого преобразователя. Рассогласование отрицательно и по абсолютной величине превосходит половину веса младшего разряда преобразователя; в этом случае напряжение с выхода суммирующего усилителя 2 на некотором интервале времени заходит за уровень срабатывания устройства 4 и не достигает уровня срабатывания устройства 4 во все остальное время периода Т,. Пока напряжение с выхода суммирующего усилителя постоянного тока 2 заходит за уровень срабатывания порогового устройства 4, элемент И 6 оставляет открытым путь импульсам генератора счетных импульсов 7 на вход вычитания реверсивного счетчика 8; каждый импульс вызывает уменьшение числа, накопленного в счетчике 8, на единицу младщего разряда преобразователя, следствием чего является уменьшение напряжения с выхода декодирующего преобразователя 9 на величину веса младщего разряда преобразователя. Отличие от работы преобразователя напряжение-цифровой код с обратной связью следяи1.его типа здесь проявляется в том, что в зависимости от длительности интервала времени, на котором напрял ение с выхода суммирующего усилителя 2 заходит за уровень срабатывания устройства 4, на вход вычитания счетчика 8 могут проходить не только один, но и несколько импульсов генератора счетных импульсов 7; количество импульсов, достигающих входа вычитания реверсивного счетчика 8 в каждом периоде, зависит как от величины рассогласования в этом периоде, так и от формы напряжения с инверсного выхода генератора II. На прилагаемых эпюрах напряжений в одном периоде проходит три счетных импу.мьса, на что в npeo6pa30BaTevne напряжение-цифровой код с обратной связью следящего типа потребуется три периода работы, что также доказывает повыщение быстродействия преобразователя. Абсолютная величина рассогласования .меньще половины веса младщего разряда преобразователя; при этом напряжения с выходов су.ммирующих усилителей 1 и 2 не заходят за уровни срабатывания пороговых устройств 3 и 4, элементы И 5 и 6 оставляют генератор счетных импульсов отключенным от входов счетчика 8 в течение всего периода Т,, накопленное в реверсивном счетчике 8 число, а вместе с ним и напряжение с выхода декодирующего преобразователя 9 остаются неизменными, число, накопленное в счетчике 8, представляет код напряжения, подведенного ко входу усилителяля 2. Формула изобретения Преобразователь напряжения в цифровой код, содержащий суммирующие усилители постоянного тока, входы которых соединены с щиной преобразуемого напряжения и вы.чодом преобразователя код-напряжен11е, причем выход первого суммирующего уси.штеля постоянного тока через первое пороговое устройство соединен с первым входом первого элемента И, выход которого подключен ко входу сложения реверсивного, счетчика, выход второго суммирующего усилителя постоянного тока через второе пороговое устройство соединен с первым входом второго элемента И. выход которого подключен ко входу вычитания реверсивного счетчика, вторые входы элементов И сое.динены с выходом генератора счетных и.мпульсов, и выходы разрядов реверсивного счетчика подключены к входам преобразователя код-напряжение, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия преобразователя, в него введены делитель частоты и генератор линеаризующих напряжений, прямой выход которого соединен с входом первого суммирующего усилителя постоянного тока, инверсный выход - с входом второго суммирующего усилителя постоянного тока, а вход генератора линеаризующих напряжений подключен к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов. Источн 1ки информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, М, «Высатя щкола, 1973, с. 269-271. 2.Преобразование информации в аналогоцифровых вычислительных устройствах и системах , под ред. Г. М. Петрова, М., «Мап1иностроение, 1973, с. 184-201.

.-.

/ ,1 - i. 4

i/fie/KHm Staal

npiifiau Ласа

%U2

603116

IIIIIIIII111 - /

VJVJV