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

Изобретение относится к измерительной и вычислиггельной технике и может быть использовано при построении устройств контроля и управления.

Известен преобразователь напряжения в код Грея, содержащий источник эталонного напряжения и в каждом разряде дифференциальный операционный усилитель, выход которого соединен с соответствующим выходным зажи..ом устройства и со входами двух противоположно включенных нелинейных двухполюсников, выходы которых через резисторы подключены к первому входу операционного усилиггеля и через соответствующие ключи, управляющие входы которых соединены ,с выходом операционного усилителя, к общей шине ij.

Недостатком известного преобразователя является то, что в каждом разряде преобразователя используется два решающих усилитепя, наличие которых в разряде увеличивает потребляемую мощность, усложняет устройство и снижает его належность.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение быстродействия-достигается тем, что в преобразователе, содержащем источник эталонного напряжения и операционные усилители, нелинейные двухполюсники, резисторы, ключи и общую шину, выход каждого нелинейного цвухполюснитса через резистор соединен с соответствующим входом операционного усилителя последующего разряда, пе{ вьгх вход операционного усилителя всех разрядов, кроме старшего в знакового, и второй вход операционного усилителя старшего разряда через соотве ствуюшие

резисторы соединены с щин( эталонного источника напряжения.

На фиг. 1 дана структурная схема разряда преобразователя; на фиг, 2 - структурная схема двухнолярного преобразователя нг пряжения (ПНК) - код Грея; на фиг. 3 - схема преобразователя для измерения отрицательных входных напряжений при о рицательном эталонном; на фиг. 4 - то же, при положительном эталонном. Каждый разряд преобразсвателя содержит усилитель 1 постоянного тока, два нелинейных двухполюсника 2 и 3, соециненные последовательно соответственно с резисторами 4 и 5 отрицательной обратной связи усилителя. Входные напряжения подаются через резисторы 6 и 7, напряжение эталонного источника поступает через резистор 8. К неинвертирующему входу усилителя подключен резистор 9, с помощью которого устанав ливается необходимый коэффициент передачи по неинвертирующему входу (обозначен знаком ). Этот же резистор мо жет быть использован для подачи эталон ного напряжения на усилитель. При этом необхопимость в резисторе 8 отпадает, Усилитель каждого разряда имеет три выхода: выход положительных напряжений с выхода цвухполюсника 2, выход отрицательных напряжений с вьгхоаа двухполюсника 3 и логический выход с выхода усилителя. Преобразователь включает ключи 10 и 11, выход 12 усилителя, знаковый ра ряд 13, старший разряд 14, дифферендиальньЛ разряд 15, у.злы 16-и 17. При положительном выходном нипряже н и усилителя двухполюсник 2 находится в провоаяшем состоянии, а дв тсполюсник 3 - в непровоаяшем, транзисторный клю 11 открыт, транзисторный ключ 10 закрыт, а приотр щательном двухполюсник 3 нахоаится в проводящем состоянии, а двухполюсник 2 - в непроводящем, ключ 11 закрыт, а ключ 1О открыт. Коэффициент пеоецачи усилителя как по инвертирующим, так и по неинвертируюшим входам равен двум. Напряжения, поступающие на один вход усилителя, алгебраически суммирую ся, а напряже1гая, поступакщие на разные входы, алгебраически вычитаются. Благодаря транзисторным ключам, включенным на выходах усилителя, выходное сопротивление разряда Со стороны выходов остается близким к нулю вне зависи MOCTjH OT величины проводимости двухполюсников 2 и 3. Это дает возможность обеспечить модуль коэффициента передач усилителя последующего разрада по обоим входам равным двум. Вариантов построения различных модификаций ПНК, в основе которых лежит разр5Щ, изображенный на фиг. 1, может быть много. Это следует из того, что входов у усилителя два, эталонное напряжение может быть положительным ил отрицательным, а сам ПНК может быть как однополярным, так и двухполярным. Но для всех вариантов должно соблюдаться следующее правило. На один вход усилителя подаются только разнополярньге напряжения, одно из которых является эталонным, другое - напряжением с одного из выходов усилителя предыдущего разряда, а на второй вход - напряжение с противоположного выхода усилителя тгредыдушего разряда. При измерении однополярного напряжения первым разрядом является разряд, аналогичный всем последующим разрядам преобразователя, за исключением того, что в избансание необходимости инвертироват кодовый выход первого разряда, эталонное напряжение в первом разряде подается на вход усилителя, противоположной входам, на которые подается эталонное напряжение в усилителях всех последующих разрадов. При этом полярность напряжения ло гических выходов, которая должна быть засчитана единицей в коде Грея, определяется по первому разряду так. Если эталонное напряжение подано на инвертирующий вход усилителя старщего разряда, то единицей в коде Грея должно засчитываться напряжение на логических выходах разрядов, совпадающее по знаку с эталонным напряжением. Если же эталонное напряжение подается на неинвертирующий вход усилителя первого , то напряжение на логических выходах разрядов по знаку противоположно эталонному напряжению. В случае измерения двухполярного напряжения измеряемое напряжение предварительно подается на определитель полярности, представляющий собой схему разряда, на которую не подается эталонное напряжение и коэффициент передачи которой может быть отличен от двух, и определяется соотношением эталонного и максимального измеряемого напряжений. При этом индикация полярности входного напряжения производится по логическому выходу разделителя полярности. В преобразователе,представленном на фиг. 4, входное капрлжепне посгупает на инвергируюшю вход определителя 18ч полярности, неинвертирующий вход которого через резистор соединен оёщей шиной. Отрицательное напряжение, появивщееся на логическом выходе определения полярности, соответствует поло- жительному -входному напряжению. Поскольку эталонное напряжение отрицательно и поступает на неинвертирующий вход усилителя первого разряда, выход опрепелителя полярности соединен также с неинвертирующим входом усилителяг пер вого разрада, а другой выход - с неинвертирующим входом усилителя первого разряда. Поскольку напряжение отрицательной полярности эталона поступает на неинвергирующий вход усилителя первого раз р$ща и на неинвертирующие входы усилителей всех последующих разрядов, то единице в коде Грея соответствует положительное напряжение на логическом рыходе разряда. Работа преобразователя осуществляется следующим образом. На инвертирующий вход первого разря да преобразователя поступает отрицатель ное выходное напряжение с выхода определителя полярности, на его неинвертирующий вход - ст-рицатёльное эталонное напряжение. На выходе первого разряда напряжение будет равно 2-(-и,)-«- (-2) ( Если это напряжение будет попижител ным, то в первом разряде фиксируется единица а во второй разряд это напряжение поступает на инвертирующий вход и выходное напряжение второго разряда будет определяться, как 2(2U -2Ug-U Если же напряжение на выходе первого разряда будет отрицательным, то в разряде 4иксируется логический ноль, а во второй разряд это напряжение поступит на неинввртирующий вход и выходное напряжение второго разряда будет равно 2()-C-2)-(-U.,). Все остальные разряды работают аналогично. Формула изобретения Преобразователь напряжения в код .Грея, содержащий источник эталонного напряжения и в каждом разряде дифференциальный операционный усилитель, выход которого соединен с соответствующим выходным зажимом устройства и с входами двух противоположно включенных нелинейны двухполюсников, выходы которых через резисторы подключены к первому входу операционного усилителя и через соотве ствующие ключи, управляющие входы которых соединены с выходом операционного усилителя, к общей шине, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в нем выход каждого нелинейного двухполюсника через резистор соединен с соответствующим входом операционного усилителя последующего разряда, первый вход операционного усилителя всех разрядов , кроме старщего и знакового, и второй вход операционного усилителя старшего разряда через соответствующие резисторы соединены с шиной эталонного источника напряжения, второй вход операционного усилителя каждого разряда через резистор соединен с общей шиной, а один из входов операционного усилителя знакового разряда через резистор соединен с входом устройства. Источники информации, принятые во вник1ание при экспертизе: 1.Ап EBect On-ic Desig-n pract cat gruite to qjd conversion (Electronic Desigrn № 26, 1968. c. 71-73, фиг. 18.