Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код Советский патент 1978 года по МПК H03K13/17 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ КОД 1о сравнения и через ключ коррекции - к одной из обкладок конденсатора цепи коррекции и ко входу согласующего элемента, другая обкладка конденсатора цепи коррекции подключена к выходу коммутатора эталонного напряжения, выход согласующего элемента подключен к суммирующей цепи. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код содержит операционный усилитель 1 с суммирующей цепью 2, двухтактный аналоговый запоминающий блок 3 с конденсаторами 4, 5 и ключами 6-9, элемент сравнения 10, входной коммутатор 11, коммутатор 12 эталонного напряжения, состоящий из ключей 13, 14, триггера 15, блок управления 16, дополнительный коммутатор 17, состоящий из ключей 18-20, дополнительный ключ 21 во входном коммутаторе 11 и цепь коррекции смещения и дрейфа нулевого уровня, состоящую из ключа коррекции 22, конденсатора 23 и согласующего элемента 24. Выход операционного усилителя 1 соединен с неинвертирующим входом элемента сравнения 10, инвертируюнгий вход которого соединен с выходом коммутатора 17. Ключ 18 коммутатора 17 подключен к земляной щине, а ключи 19 и 20 - к конденсаторам 4, 5 аналогового запоминающего блока 13. Вход аналогового блока 3 через ключи 8, 9 соединен с выходом элемента сравнения 10, выход которого соединен с триггером 15, управляющим ключами 13, 14 коммутатора 12. К выходу элемента сравнения 10 подключена также цепь коррекции смещения и дрейфа нулевого уровня, состоящая из ключа 22, конденсатора 23 и согласующего элемента 24, который должен иметь коэффициент передачи; равный единице, высокое входное и низкое выходное сопротивления. В качестве согласующего элемента может быть использован операционный усилитель, включенный по схеме повторителя. Одна из обкладок конденсатора 23 соединена с ключом 22 и входом элемента 24, а другая - с выходом коммутатора 12. Выход согласующего элемента 24 соединен с одним из входов суммирующей цепи 2. Работой преобразователя управляет блок 16. Преобразователь работает следующим образом. В режиме коррекции конденсатор 23 цепи коррекции, неинвертирующий вход усилителя1 и инвертирующий вход элемента сравнения 10 через ключи 14, 21 и 18 соответственно подключаются к земляной шине. Через ключ 22 выход элемента сравнения 12 подключается к конденсатору 23 и согласующему элементу 24. В результате в режиме коррекции образуется контур 100%-ной отрицательной обратной связи, и конденсатор коррекции заряжается до напряжения иг-г-ЛЦзЖ 1-К/ где К - коэффициент усиления элемента сравнения; , А Ui, AU2, Л Uj - приведенные ко входу значения смещения и дрейфа нулевого уровня соответственно согласующего элемента 24, операционного усилителя 1 и элемента сравнения 10; ....Д - коэффициент обратной связи, / . Так как для операционного усилителя, используемого в качестве элемента сравнения, К 1000, то напряжение с больщой точностью равно суммарному значению смещения и дрейфа нулевого уровня операционного усилителя 1 и согласующего элемента 24. Суммарное смещение и дрейф нулевого уровня этих элементов не превыщает 20-30 мВ, т.е., учитывая медленное изменение этой величины, цепь коррекции позволяет с достаточно высокой точностью скомпенсировать смещение и дрейф нулевого уровня операционных усилителей. Напряжение коррекции U, в режиме преобразования включается последовательно с эталонным источником и сохраняется на конденсаторе 23 с достаточно высокой точ}юстью на время преобразования. В режиме преобразования каждый разряд последовательного кода определяется в течение одного такта, состоящего из двух полутактов, причем в первом полутакте напряжение, формируемое на выходе усилителя 1, сравнивается с нулевым уровне.м, поступающим на элемент сравнения 10 через ключ 17. Усилитель 1 в первом полутакте формирует на выходе напряжение III 9П П -бил - , где IJj - эталонное напряжение; Usx - преобразуемое напряжение, поступающее на инвертирующий вход усилителя 1. Во втором полутакте на одном из конденсаторов запоминающего блока 3 запоминается напряжение усилителя 1, которое формируется в соответствии с выражением UL,, 2U.X - и.а,-, где JI при UBUX, /0) - результат сравнения. Ьприи.,.: 0 Для ускорения процесса запоминания напря жения ,f. конденсаторы 4, 5 блока 3 заряжаются с выхода элемента сравнения 10 через ключи 8 или 9. При этом на неинвертирующий вход элемента сравнения 10 подается UL,x...,, а на инвертирующий - напряжение с конденсаторов 4, 5 через ключи 19, 20, т.е. в режиме запоминания элемент сравнения 10 работает с отрицательной обратной связью. Старший разряд кода определяется следующим образом. Преобразуемое напряжение через коммутатор 11 на время первого такта подключается к неинвертирующему входу усилителя 1. Напряжение Us через ключ 13 коммутатора 12, конденсатор 23 и элемент 24 подается на суммирующую цепь 2. На выходе усилителя 1 формируется напряжение ивых,,,,,.которое сравнивается с нулевым потенциалом; поступающим через ключ 18 коммутатора 17 на другой вход элемента сравнения 10. Результат сравнения запоминается триггером 15. Если в триггер 15 нри сравнении записана единица (а 1), во втором полутакте ключ 13 остается замкнутым;

при этом U2,i,x 2Uex..- и.,. Если в триггер 15 записан нуль (ai . 0), во втором полутакте ключ 13 размыкается, а ключ 14 замыкается; при этом и|„,1..| 2Uex..

Напряжение Ul,,, , запоминается на конденсаторе 4 блока 3. При этом замыкается ключ 19 и размыкается ключ 18 коммутатора 17. Кроме того, замыкается ключ 8, подключая выход элемента сравнения 10 к конденсатору 4. В конце второго полутакта процесс запоминания прекращается. .

Значение следующего разряда кода запоминается аналогично, с той лищь разницей, что на вход усилителя 1 вместо.U, ,,через ключ 6 поступает напряжение, запомненное на конденсаторе 4. Напряжение во втором такте запоминается на конденсаторе 5, для его замыкаются ключи 20 и 9.

Следующие разряды кода определяются аналогично. На усилитель 1 попеременно поступает напряжение с конденсаторов 5, 4, а промежуточный результат ,,,,. запоминается соответственно на конденсаторах 4, 5.

Устройство обеспечивает высокое быстродействие благодаря ускорению заряда конденсаторов аналогового запоминающего блока и высокую точность благодаря коррекции смещения и дрейфа нулевого урорня операционного усилителя и элементу сравнения.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в последовательный код, содержащий операционный усилитель, соединенный с суммирующей

цепью, элементом сравнения и входным коммутатором, двухтактный аналоговый запоминающий блок с конденсаторами, коммутатор эталонного напряжения, блок управления, при этом триггер подключен к элементу сравнения и коммутатору эталонного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности преобразования, в него введены ключ коррекции, согласующий элемент, конденсатор цепи коррекции, дополнительный коммутатор с тремя ключами и дополнительный ключ во входном ко.ммутаторе, один из выводов которого соединен с общей щиной, а другой - с выходом входного коммутатора, причем выход всех трех ключей дополнительного коммутатора подключен к инвертирующему входу элемента сравнения, одни из входов двух ключей дополнительного коммутатора соединены с конденсаторами двухтактного аналогового запоминающего устройства, вход третьего ключа - с общей щиной, вход двухтактного аналогового запоминающего блока подключен к выходу элемента сравнения и через ключ коррекции - к одной из обкладок конденсатора цепи коррекции и ко входу согласующего элемента, другая обкладка конденсатора цепи коррекции подключена к выходу ком.мутатора эталонного напряжения, выход согласующего элемента подключен к суммирующей цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США. № 358881, кл. 340-347 (Н 03 К 13/17), 1971.

2.Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. «Высшая щкола, 1973.