Устройство для измерения импульсных напряжений Советский патент 1979 года по МПК G01R17/06 G01R19/04 

Изобретение относится к епек-фсиа- мерительной технике, может использоваться для построения импульсных вольт метров, импульсных систем автоматического регулирования и т.д.

Известно устройство для измерения импульсных напряжений, содержащее схему сравнения, релаксатор, стабилизатор импульсного тока заряда, стабилизатор тока разряда, конденсаторный измеритель частоты, пороговый элемент, ключ заряда, накопительный конденсатор и регистрирующий прибор ll.

Однако, ВТО устройство обладает недостаточным быстродействием и сложной регулитэовкой.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и упрощение его регулировки.

Это достигается тем, что устройст.во для измерения импульсных напряжений, содержащее схему сравнения, пороговые элементы, схемы совпадения, ключ заряда, резисторы заряда и раз-

ряда, источник зарядного напряжения и накопительный конденсатор, снабжено делителем напряжения, блоком логического управления скважностью, триггером обратной СВЯЗИ и ключом разряда, причем ВЫХОД схемы сравнения соединен со Входом делителя напряжения и ВХОДОМ первого порогового влемента, ВЫХОД делителя напряжения соединен со ВХОДОМ второго пороггвого влемента, второй выход делителя напряжения - со ВХОДОМ третьего порогового элемента, выходы первого и треть его пороговых элементов соединены со входами блока логического управления скважностью, а выход порогового элемента соединен со входом установка в единицу триггера обрат ной СВЯЗИ, ВХОД установка в нуль которого объединен с входом блока логического управления скважностью. Выходы триггера обратной связи через схемы совпадения соедивены с ключами заряда и разряда, а другие входы обеих схем совпадения соединены с выходом бпока логического управления скважностью. При этом накопительный конденсатор через резистор заряда и ключ заряда соединен с источником зарядного напряжения, а через резистор разряда и ключ разряда - с общей шиной устройства. На.чертеже представлена структурная эпектрическая схема данного устройства дпя измерения импульсных напряжений. Устройство содержит схему сравнения 1, пороговые элементы 2-4, схемы совпадения 5 и 6, ключ заряда 7, резисторы 8 и 9 соответственно зарйда и разряда ИСТОЧНИК зарядного напряжени Ю, накопительный конденсатор 11, делитель напряжения 12, блок 13 логическо го управления скважностью, триггер об ратной связи 14 и ключ разряда 15. Выход схемы сравнения 1 соединен со входом делителя напряжения 12k входом порогового элемента 2. Выход 16 делителя напряжения 12 соединен со входом порогового элемента 3, выход 17 делителя напряжения подключен ко входу порогового элемента 4. Выходы пороговых элементов 2 и 4 соедине ны со входами блока 13 логического управления скважностью, а выход порогового элемента 3 соединен со входом установка в единицу триггера обратной связи 14, вход установка в нуль которого объединен со входом блока 13 логического управления скважностью и с шиной 18 установка в нуль устрой ства. Выходы триггера обратной связи 14 через схемы совпадений 5 и 6 сое динены с ключами 7 и 15 соответственно заряда и разряда, другие входы схем совпадения соединены с выходом блска 13 логического управления скваж ностью, а накопительный конденсатор 11 соединен с входом 19 схемы сравнения 1 и через резистор заряда 8 и ключ заряда 7 - с источником 1О зарядного напряжения, а через резистор 9 и ключ разряда 15 - с о&цей шиной 2О устройства. Вход 21 схемы сравне ния 1 является измерительным входом устройства. Работа данного устройства заключается в следующем. Измеряемый сигнал поступает на вход 19 схемы сравнения 1. При вклю дении питания напряжение на обкладках 44 накопительного конденсатора 11 равно нулю. Поскольку амплитуда входных импульсов отлична от нуля, на выходе схемы сравнения появляется импульс большой амплитуды, который поступает на делитель напряжения 12. Амплитуда этого импульса обеспечивает срабатьтание всех трех пороговых элементов 2, 3 и 4. Сигнал с порогового элемента 3 поступает на вход установка в единицу триггера обратной связи 14 и ус-Ганавливает его в состояние, условно называемое возбужденным. Триггер обратной связи 14 является элементом памяти, функция которого состоит в хранении в течение периода следования входных импульсов информации о результате сравнения амплитуды последних с компенсирующим напряжением. Незадолго до прихода каждого входного импульса на шине установка в нуль появляется короткий сигнал, устанавливающий триггер 14 в исходное состояние, условно назьшаемое нулевым. При этом исходное состояние триггера также несет в себе информацию, соответствующую случаю, когда амплитуда импульса меньше компенсирующего напряжения. Если такое соотношение сравниваемых сигналов при следующем непосредстве1шо за сигналом установка в нуль сравнении подтверждается, триггер остается в исходном состоянии на весь период. Блок 13 логического управления скважностью, запускаемый в каждый период следования входных импульсов стробирующим сигналом, вырабатывает на своем выходе импульс, длительность которого может принимать два дискрет1Ш1Х значения и тем самым обеспечивает нормальный или форсированный режим работы зарядно-разрядных цепей накопительного конденсатора 11. Появление на выходе блока 13 логического управления скважностью импульса той или иной длительности зависит от степени рассогласования между амплитудой входного импульса и компенсирующим напряжением. Если амплитуда импульса существенно-превосходит компенсирующее напряжение ( 0,95-0.97и,„)в момент сравнения сигнал появляется на выходе пороговых элементов 2-4. Если амплитуда импульса существенно меньше компенсирующего напряжения (UKOMn i - HMn) момент сравнения сигнала на выходе пороговых элементов ki - 4 не окажется. Появление импульса на выходе порогового эле мента 4 или его исчезновение на выходе порогового эпе мента 2 является кри терием для определения нарушения неравен ,95-о,97и .оэЧ05и„ п и служит блоку 13 логического управ ления скважностью сигналом для выработки на своем вьосоде длинного импуль са, т.е. переходу данного устройства в форсированный режим. В момент включения питания амплитуда импупьса, поступающего на вход делителя напряжения 12, в состоянии обеспечить срабатывание пороговых элементов 2-4, Сигнал с порогового элемента 4, поступая на первый вход блока 13 логического управления скваж ностью, обеспечивает появление на вых де последнего длинного импульса. Этот импульс попадает на первые входы схем совпадения 5 и 6. Однако, поскольку триггер 14 обратной связи находится в возбужденном состоянии, сигнал на втором входе присутствует только у cxeNfbi совпадения 5. Выходной импупьс схемы совпадения 5 поступает на уп равняющий вход кшоча заряда 7 н в каждый период следования входньлх импульсов замыкает его на время, равное длительности импульса с блока 13 логи ческого управления скважностью. Поскольку длительность импупьса на первом входе схемы совпадения 5 велика, накопительный конденсатор 11 интенсивно накапливает заряд, и напряжение на нем быстро повышается. Как только разница между компенсирующим напряжением и амплитудой импульса уменьшится настолько, что станет вы-« полняться неравенство ,0,95 -0,97lf,fj, сигнал на выходе порогового элемента 4 исчезает. Это приводит к перестройке режима работы блока 13 логического управления скважностью, и на его выходе устанавливается импульс малой длительности. Поскольку амплиту да импульса все еще превышает компен сирующее напряжение, сигнал на выходе порогового элемента 3 сохраняется, триггер обратной связи 14 по-прежнему ,в моменты сравнения устанавливается в возбужденное состояние, и на втором входе схемы совпадения 5 присутствует разрешающий уровень. Однако ввиду изменения длительности сигнала на вом входе схемы совпадения 5 ключ заряда 7 теперь замыкается лишь на 64G очень небольшое время внутри каждого периода следования входных импульсов. Заряд накопительного конденсатора 11 проходит со значительно меньшей интенсивностью, н напряжение на нем нара-f стает медленно. Как только компенсирующее напряжение оказьтается больше амплитуды импульса, сигнал на выходе псфогового элемента 3 исчезает, и триггер обратной связи 14 после очередной установки в нуль не переходит в возбужденное ссютояние. Разрешающий сигнал на втором входе схемы совпадений 5 пропадает, а на втором входе схемы совпадений 6 появляется. Поступающий на первые входы схем совпадений 5 и 6 импульс с блока 13 логического управления скважностью прохо/мт теперь через схему совпадения 6 на управлшощий вход ключа разряда 15, который замыкается на Kopoi кие промежутки времени внутри каждого периода следования BXOAHbLX иадпульсов. Накопительный конденсатор 11 медленно разряжается, к напряженке на нем медленно падает. Этот процесс продолжается до тех пор, пока компенсирующее нанряхсение не станет меньше амплитуды вкодньгх: импульсов, что вновь приводит к появлению сигнала на выходе порогового элемента 3 и медленному заряду накопительного конденсатора 11. Таким образом, данное устройство начинает работать в ycтaнoвявшe fcя режиме. Амплитуда колебаний компенсирующего напряжения в установившемся режиме работы устройства определяется в основном коэффициентом усиления схемы сравнения 1 и эквивалентной постоянной времени заряда и разряда накопительного конденсатора 11. Влияние порогового элемента 3 незначительно. Если по каким-либо пр1гчинам амплитуда входного импульса получает приращение более 3-5vo, амппшуда сигнапа на выходе схемы сравнения 1 возрастает, появляется импульс на выходе порогового элемента 4, и устройство ускоренно переходит в новый установившийся режим. Если амплитуда входных импульсов падает более чем на 3-5%, импульс на выходе схемы сравнения 1 исчезает или уменьшается настолько, что на выходах пороговых элементов 2-4 сигнал не появляется. Отсутствие импульса на выходе поргового элемента 2 приводит к появлению на выходе блока 13 логичвского управления скважностью и пер ъых. входах схем совпадения 5 и 6 дли ного импульса. Отсутствие сигнала на выходе порогового элемента 3 приводит к тому, что триггер обратной связи 14 после очередной установки в , нуяь уже не переходит в возбужденное состояние. Разрешающий уровень исчезает со второго входа схемы совпадения 5 и появляется на втором входе схемы совпадения 6. Сигнал со схемы совпадения 6 поступает на управляю™ щий вход ключа разряда 15, замыкаа его в течение каждого периода входных импульсов почти на всю длительность периода. Напряжение на накопительном конденсаторе 11 быстро умен шается до тех пор, псжа не станет справедливым неравенство ys,o),03 Ч,. В этот момент величина сигнала на выходе схемы сравнения 1 становится достаточной для срабаилвания порогового элемента 2, импульс с которого перестраивает режим работал блока 13 логического управления скважностью так, что на его выходе устанавливаетс короткий импульс. Поскольку амплитуда входных импульсов все еще меньше компенсирующего напряжения, триггер обратной связи 14 остается в нулевом состоянии, и на втором входе совпадения 6 сохраняется разрешающий уровень. Таким образом, со схемы совпадения б импульс поступает на управлжоший вход ключа разряда 15, замъшай его, но теперь уже на корот кое время внутри каждого периода входных импульсов. Разряд накопитель ного конденсатора 13, прокодит менее интенсивно, н компенсирующее напряжение уменьшается медленно. Ка« только амшштуда входного импульса превысит компенсирующее напр жение, на выходе порогсшого элемента 3 появляется импульс. Этот импульс устанавпивает триггер обратной связи 14 в возбужденное состояние, сигнал на втором входе схемы совпадения 6 исчезает, а на втором входе схемы совпадения 5 появляется. Сигнал со схемы совпадения 5, постунаа на управпяклдйй вход впюча разряда 7, эамы 6-48 кает eiO на короткие промежутки времени внутри каждого периода входных импульсов. Напряжение на накопительном конденсаторе 11 начинает повышаться. Таким образом, режим работы устройства после ускоренного переходного процесса вновь устанавливается. Формула изобретения Устройство для измерения импульсных напряжений, содержащее схему сравнения, пороговые элементы, схемы :совпадения, ключ заряда, резисторы заряда и разряда, источник зарядного напр1Е1жения и накопительный конденсатор, отличающееся тем. что, с целью повышения быстродействия тройства и упрощения его регулиров- ки, оно снабжено делителем напряжения, блоком логического управления скважностью, триггером обратной связи и ключом разряда, причем выход схемы сравнения соединен со входом делителя напряжения и входом первого порогового элемента, первый выход делителя напряжения соединен со входом второго порогового элемента, второй выход делителя напряжения - со .входом третьего порогового элемента, выходы первого и третьего пороговых элементов соединены со входами блока логического управления скважностью, а выход второго порогового элемента соединен со входом Установка в единицу триггера обратной связи, вход Установка в иуяь которого объединен со входом блсжа ло гического управления скважностыо, выходы триггера обратной связи через схемы совпадения соединены с ключами заряда и разряда, а другие входы обеих схем совпадения соединены с выходом блока логического управления скважностыо, при этом накопительный конденсатор через резистор заряда и ключ заряда соединен с источником зарядного напряжения, а через резистор разряда и ключ разрада - с шиной устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 308373, Q О1 R 19/04, 24.1О.69.

н