Преобразователь кода в аналог Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к импульсной технике,в частности к преобразователям кода в аналог повышенной стабильности и тЬчности, широко применяемым в вь1числительHbix устройствах- в программно-управляемых генераторах точного и стабильного напряжения (постоянного или импульсного).

Известен преобразователь кода в аналог, содержаш.ий регистр цифрового ввода, блоки суммирования, блоки аналоговых величин и управления 1.

Недостаток устройства - сравнительно низкая точность преобразования.

Известен преобразователь кода в аналог повышенной точности 2, содержаший регистр, ключевые элементы, усилитель, блоки управления и запоминаюшее устройство, в котором хранятся коды поправок, уменьшаюшие погрешность.

В этом преобразователе в качестве устройства выделения кода поправок используются усилитель и фазовый дискриминатор. Таким образом, чтобы получить точное значение поправки, необходимо обеспечить длительную работу управляюш,его устройства, генерируюш.его коды специального вида, так как за один такт величина поправки

определяется только по знаку фазы («больше ИЛИ «меньше). Система обратной связи (через вспомогательные весовые сопротивления) работает по определенному алгоритму в течение неск ольких тактов обработки ошибки (Погрешности) для одной пары кодов, пока сигнал на выходе, фазового дискриминатора не уменьшится до некоторого уровня (порога чувствительности). Кроме того, такая система отработки (с использованием фазового дискриминатора) требует больших затрат оборудования и технически трудно выполнима.

Цель изобретения - уменьшение времени и повышение точности определения поправки.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь кода в аналог, содержащий регистр числа, соединенный через ключевые устройства со входом суммируюшего усилителя, запоминающее устройство, подключенное через эталонные ключевые устройства к другому входу суммирующего усилителя, устройство управления, соединенное с регистром числа и запоминающим устройством и устройство выделения кода поправок, введены дополнительный ключ и

генератор компенсирующего тока, а устройство выделения кода поправок содержит интегрирующий операционный усилитель, компаратор, триггер, ключ, источник эталонного напряжения и генератор импульсов, причем вход интегрирующего операционного усилителя подключен через один резистор к выходному зажиму преобразователя через второй резистор - к генератору компенсирующего тока и через дополнит,ельный ключк одному из выходов устройства управления, а выход - к первому входу компаратора, другой вход которого соединен с источником эталонного напряжения. Выход компаратора подключен к установочному - . входу триггера, другой установочный вход которого соединен с устройством управления. Выход триггера через ключ, к другому входу которого подключен генератор импульсов, соединен с запоминающим устройством, а соответствующие выходы устройства управления подключены к гецератору компенсирующего тока.

На чертеже изображена структурная схема преобразователя.

Управляющее устройство 1 соединено с -,.- -регистром числа 2. Эталонные ключевые устройства 3, управляемые регистром 2,.подключены ко входу суммирующего усилителя 4. Выход 5 этого усилителя через резистор 6 присоединен ко входу интегрирующего операционного усилители 7, выход которого подключен к одному в.ходу компаратора 8. К другому входу компаратора 8 подключен источник эталонного напряжения 9, а выход компаратора соединен с установочным. входом триггера 10. Второй устано. вочный вход триггера соединен с устройством управления 1. Выход триггера подключен к управляющему входу ключа 11, к другому входу которого подключен генератор импульсов 12. Выход ключа 11 подсоединен к запоминающему устройству 13, которое через эталонные ключевые устройства поправок 14 соединено с суммирующим усилителем 4. Кроме того, устройство 13 соединено с устройством 1. Через дополнительный ключ 15 устройство 1 подключено ко входу усилителя 7. Входы генераторов компенсирующего тока 16 соединены с ycVройством 1, а выходы через резистор 17 присоединены ко входу усилителя 7.

Устройство выделения кода поправок 18 состоит из интегрирующего усилителя 7, компаратора 8, источника эталонного напряжения 9, триггера 10, ключа, 11 и генератора импульсов 12.

s « ««k-f i4ipa6oTaeT устройство следующим образом.

Код, принятый регистром числа 2 от внешнего устройства, по команде управляющего устройства 1 вызывает включение некоторых определенным образом зависимых от кода ..,эталонных ключевых устройств 3, которые

могут представлять собой, например,-коммутируемые- генераторы стабильных токов. В зависимости от суммы токов на выходе 5 усилителя 4 образуется аналоговое представление кода, например в виде постоянного напряжения. Как известно, для точного соответствия между выходным напряжением преобразователя и кодом необходимо ввести лоправку в это напряжение. Цифровые значения поправок в соответствии с кодом

0 поступают из запоминающего устройства 13 в эталонные ключевые устройства поправок 14, где преобразуются в напряжение и добавляются с соответствующим знаком, благодаря сложению на усилителе 4, к выходному

с напряжению преобразователя.

В определенные моменты времени, задаваемые устройством управления 1, пре-. образователь переключается в режим авто-, матической коррекции поправок. Для этого устройство управления устанавливает в регистре числа 2, например, код числа 2, г/ п - целое число. Одновременно или с н -которой задержкой устройство 1 открывает ключ 15, и операционный усилитель 7 начинает интегрировать напряжение, установившееся в положение, при котором ключ 11 открывается, и импульсы от генератора 12 поступают в регистр числа или арифметический регистр устройства 13 по адресу, выбранному устройством 1 и соответствующему коду числа 2.

0 Напряжение на выходе усилителя 7 нарастает по пилообразному закону. В момент сравнения -его с напряжением эталонного источника 9 компаратор 8 возвращает триггер -10 в исходное состояние. Поступление импульсов генератора 2 в устройство 13 прекращается. После паузы на. время восстановления исходных уровней в усилителе 7, не меняя адреса в устройстве 13, устройство управления 1 закрывает ключ 15, устанавливает в регистре 2. код числа 2 - 1

И реверсирует арифметический регистр в запоминающем устройстве 1. Далее ключ 15 снова открывается, и происходит интегрирование нового уровня напряжения, соответствующего коду . Ключ 11 работает как описано выше, но в регистре.числа

устройства 13 (арифметическом) к моменту второго срабатывания компаратора 8 оказывается записанным число, эквивалентное разности напряжений, соответствующих кодам 2 и 2 -1. Если погрешности и неQ стабильность эталонных ключевых устройств очень малы, в устройстве 13 всегда хранился бы постояннный код, т. е. поправка постоянная, что можно рассматривать как отсутствие поправки.

В действительности .этого не наблюдается, и поэтому периодически, в зависимости от программы, задаваемой оператором или автоматически через определенное время, устанавливаемое устройством 1, преобразователь переводится в режим «самопроверки, последовательно перебирая пары кодов 2 и , и т. д.

Устройство управления 1 вышеописанным образом синхронизирует работу остальных устройств, причем на получение одной поправки требуется всего лишь два факта его работы.

Генераторы компенсирующего тока 16 установлены для того, чтобы уменьшить интегрируемый ток и тем самым увеличить время интегрирования до момента срабатывания компаратора 8. Это позволяет уменьшить частоту следования импульсов генератора 12 до величины, которую способны пересчитать триггеры в регистре устройства 13. Ток генераторов 16 для кодов 2 и остается неизменным. Для кодов и 2 -1 он уменьшается в 2 раза и т. д. Выбором сопротивления резистора 17 величина тока генераторов 16 устанавливается каждый раз меньше тока, задаваемого резистором 6, на несколько долей процента. К номинальному значению тока через; резистор 17 и Л его стабильности не предъявляется высоких требований; достаточно обеспечить его неизменность в течение двух смежных тактов, кода определяется одна поправка. Однако для уменьшения влияния переходных процессов на. выходе преобразователя при смене кода 2 на код всегда желательно увеличивать время интегрирования, так как это повышает точность определения поправки. Кроме того, без компенсируюшего тока время интегрирования меняется в два раза после перехода от кода 2 К коду . В этом случае поправка будет определяться все с большей и большей избыточностью, если время интегрирования и частота генератора 12. были выбраны для сдм.ого старшего разряда. Введение компенсирующего тока обеспечивает приближенное постоянство времени интегрирования и устраняет избыточность. Если же компенсирующие токи рассчитать с учетом «веса каждого разряда, можно еще больше сэкономить оборудование, так как сами генераторы тока просты технически легко реализуемы на одном транзисторе, включенном в паре с диодом по схеме токового переключателя, и к ним, как было показано выше, не предтзявляется жестких требований.

Целесообразным вариантом использования преобразователя является включение его в состав программно-управляемого гё-. нератора импульсов точной и стабильной амплитуды. В этом случае к выходу 5 следует подключить вход линейного ключа, а к выходу ключа присоединить рези.стор 6. Такая схема обладает важнейшим преимуществом: независимо от собственной линейности ключа обеспечивается линейная зависимость импульсного выходного напряжения от задаваемогбвнешним устройством. Такой генератор найдет широкое применение в науке и технике, так как при его использовании возможны автоматическое измерение таких параметров как линейность и стабильность, а также контроль (отбраковка) аппаратуры самого широкого назначения и применения без вмешательства человека.

Преобразователь легко может быть дополнен устройством самоконтроля и самокалибровки. Для этого необходимо подключить, например, с помощью реле, источник эталонного напряжения 9 через резистор 6 ко входу усилителя 7. Резистор 6 отключается от выхода 5. Время интегрирования напряжения источника сравнивается затем с эталонным временем, т.е. с частотой импульсов генератора 12.

В момент срабатывания определенного триггера в арифметическом регистре вырабатывается сигнал, который поступает, например, на шаговый двигатель или другое устройство, регулирующее коэффициент передачи усилителя 4.

5

Формула изобретения

Преобразователь кода в аналог, содержащий регистр числа, соединенный через ключевые устройства с входом суммирующего усилителя, запоминающее устройство, подключенное через эталонные ключевые устройства к другому входу суммирующего усилителя, устройство управления, соединенное с регистром числа и запоминающим устройством, и устройство выделения кода

поправок, отличающийся тем, что, с целью, уменьшения времени и повышения точности определения поправок, в него введены до- полнительный ключ и генератор компенсирующего тока, а устройство выделения кода поправок содержит интегрирующий операционный усилитель, компаратлр, триггер, ключ, источник эталонного напряжения и генератор 1 мпульсов, причем вход интегрирующего операционного усилителя подключен через один резистор к выходному зажиму преобразователя, через второй резистор - к генератору компенсирующего тока и через дополнительный ключ - к одному из выходов устройства управления,

° а выход - к первому входу ком.паратора, другой вход которого соединен с источ-ником эталонного напряжения, выход компаратора подключен к установочному входу триггера, другой установочный вход которого

55 соединен с устройством управления, выход триггера через ключ, к другому входу которого подключен генератор импульсов, сое. динен с запоминающим устройством, а соответствующие выходы устройства управления подключены к генератору компенсирующего тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 389507, Н 03 К 13/02, 07.09.71.

2. Заявка № 1790983718-24, 02.06.72,, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.