Цифровое устройство для измерения импульсных напряжений Советский патент 1979 года по МПК G01R13/02 

подключен генератор опорных импульсов, к выходам блока логических элементов подключены счетные декады младшего и старшего разрядов, выходы которых соединены с входами цифро-аналогового преобразователя, введены три усилителя с различными коэффициентами усиления, три ключа, операционный усилитель, дополнительный нульорган, формирователь импульса, двоичный счетчик, четыре элемента И, ждущий мультивибратор и источник опорного напряжения, входы трех усилителей ic различными коэффициентами усиления соединены между собой и подключены к входной шине устройства, выход каждого из усилителей соединен с первым входом соответствующего ключа, выходы трех ключей соединены между собой и подключены ж входу операционного усилителя, выход которого подключен к одному входу первого нуль-органа, соединенного с делителем напряжения, и к первому входу дополнительного нуль-органа, второй вход которого подклЕОчен к источнику опорного напряжения, выход дополнительного нуль-органа через формирователь импульса подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с генератором опорных импульсов, выход первого элемента И подключен к первому входу второго элемента И и к ждущему мультивибратору, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и по шине сброса со счетной декадой старшего разряда, выход второго элемента И соединен с входом двоичного счетчика, один выход которого соединен с вторым входом первого ключа, а другие выходы двоичного счетчкка - с входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего ключей.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения импульсных напряжений; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения импульсных напряжений содержит нуль-органы / и 2 с делителем 3 напряжения, блок 4 логических элементов, счетные декады 5 и 6 младшего и старшего разрядов, цифро-аналоговый преобразователь 7, генератор 8 опорных импульсов, усилители 9-11 с различными коэффицентами усиления, ключи il2-14, операционный усилитель 15, дополнительный нуль-орган 16, формирователь 17 импульса, двоичный счетчик 18 на триггерах 19 и 20, элементы И 21, 22, 23 и 24, ждущий мультивибратор 25, источник 26 опорного напряжения, шины 27 и 28 сброса.

Устройство работает следующим образом.

Импулысом сброса (фиг. 2«:), поступающим на шину 28 сброса, двоичный счетчик 18 на триггерах 19 и 20 устанавливается в нулевое положение. Входной измеряемый

импульс напряжения подается одновременно на три усилителя 9-11 с различными коэффициентами усиления. При этом сигнал с выхода элемента И 24 открывает ключ 14 и входной измеряемый импульс напряжения с выхода усилителя /;/, имеющего наибольший коэффициент усиления, поступает на вход операционного усилителя 15. Если амплитуда импульса напряжения имеет большую величину, усилитель .11 и операционный усилитель ,/5 входят в насыще«ие. На входы нуль-органа 16 подаются сигналы с выхода операцион-ного усилителя 15 и с источника 26 опорного напряжения. Величина опорного напряжения выбирается равной максимальному значению напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя 7. Если напряжение на выходе операционного усилителя 15 превышает величину опорного напряжения, н ль-орган 16 срабатывает (фиг. йб и положительный потенциал с выхода формирователя 17 импульса поступает на вход элемента И 21. Одновременно на другой вход элемента И

2.1 подаются импульсы опорной частоты с генератора 8 опорных импульсов (фиг. 2в). На выходе элемента И 2,1 появляются импульсы (фиг. 2г), которые проходят через элемент И 22 и поступают на вход двоичного счетчика 18 (фиг. 2е). По заднему фронту импульса с выхода элемента И 21 срабатывает ждущий мультивибратор 25 (фиг. 2д). Нулевой перепад с выхода ждущего мультивибратора 25 поступает на

вход элемента И 23 и запрещает прохождение импульса с выхода элемента И 2J на вход двоичного счетчика IS до окончания переходных процессов операционного усилителя 15.

После прохождения первого импульса с выхода элемента И 21 триггер ,19 двоичного счетчика .1.8 опрокидывается и сигнал с выхода элемента И 24 (фиг. 2ж) закрывает ключ 14 и открывает ключ 13, который подключает выход усилителя У/.

Если напряжение на выходе операционного усилителя 15 продолжает превышать опорное, то после прохождения импульса с выхода ждущего мультивибратора 25 описанный процесс повторяется. При этом ключ 13 закрывается (фиг. 2з), а ключ 12 открывается и к входу операционного усилителя

15подключается усилитель 9 с наименьшим коэффициентом усиления.

Ха,к только напряжение на выходе операционного усилителя 15 (фиг. 2а) станет меньше опорного,- срабатывает нуль-орган

16и па выходе элемента И 21 появляется нулевой потенциал (фиг. 2и).

Напряжение с выхода операционного усилителя .15 поступает на входы нуль-органов / и 2 и начипается измерение амплитуды импульса. Одновременно по шине 27 сброса с выхода ждущего мультивибратора

35 подаются импульсы сброса так, что измерение амплитуды импульса начинается по окончании процесса выбора соответствующего диапазона измерения.

Измеряемый входной сигнал поступает непосредствеино на вход нуль-органа /, выходное напряжение которого управляет поступлением счетных импульсов на ючетпую декаду 5 младшего разряда. На вход нульоргана 2, управляющего счетной декадой 6 старшего разряда, измеряемое -напряжение поступает через делитель напряжения с коэффициентом передачи 0,85-0,9. Значения резисторов делителя 3 напряжения подобраны образом, что по окончании поступления счетных импульсов в счетную декаду б старшего разряда на вход счетной декады 5 младшего разряда до момента сравнения напряжений поступит еще десять-пятнадцать Импульсов.

Таким образом, нуль-орган 2 сработает раньше, чем нуль-орган I, и на вход счетной декады 6 старшего разряда импульсы могут поступать только с выхода счетной декады младшего разряда через блок 4 логических элементов.

В процессе измерения пикового значения ударного импульса напряжение яа выходе цифро-аналогового преобразователя 7, подключенного к вторым входам нуль-органов 1 и 2, будет повышаться до тех пор, по,ка не сравняется с измеряемым входным напряжением. В этом случае блок 4 логических элементов перестает управлять работой счетных декад 5 и 6 младшего и старшего разрядов и процесс измерения заканчивается.

Цифровое устройство для измерения импульсных напряжений с автоматическим выбором диапазона измерения обладает высоким быстродействием, поэтому может быть использовано не только при измерении ударных импульсов, но и в пиковых цифровых вольтметрах, что значительно повышает эффективность использования предложенного устройства в народном хозяйстве.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составит ориентировочно 55 тыс. руб. Формула изобретения Цифровое устройство для измерения импульсных напряжений, содержащее нульорганы, одни входы которых соединены с выходом цифро-аналогового преобразовате- 55

ля, а другой вход первого нуль-органа соединен с другим входом второго нуль-органа через делитель напряжения, выходы нуль-органов соединены с блоком логических элементов, к счетному входу которого подключен генератор опорных импульсов, к выходам блока логических элементов подключены счетные декады младшего и старшего разрядов, выходы которых соединены, с входами цифро-аналогового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия измерения, в него введены три усилителя с различными коэффициентами усиления, три ключа, операционный усилитель, дополнительный нульорган, формирователь импульса, двоичный счетчик, четыре элемента И, ждущий мультивибратор и источник опорного напряжения, входы трех усилителей с различными коэффициеитам1И усиления соединены между собой и подключены к входной шине устройства, выход каждого усилителя соединен с первым входом соответствующего ключа,, выходы трех ключей соединены между собой и подключены к входу операционного усилителя, выход которого подключен к одному входу первого нуль-органа, соединенного с делителем напряжения, и к первому входу дополнительного нуль-органа, второй вход .которого подключен к источнику опорного напряжения, выход дополнительного нуль-органа через формирователь импульса подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с генератором опорных импульсов, выход первого элемента И подключен к первому входу второго элемента Инк ждущему мультивибратору, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и по шине сброса со счетной декадой старшего разряда, выход второго элемента И соединен с входом двоичного О1 етчика, один выход которого соединен с вторым входом первого ключа, а другие вьисоды двоичного счетчика - с входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего ключей. 50 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 241539, кл. G О R 15/08, 1969. 2.Патент США JXg 3286253, ,кл. 340-347, 1966.

и

.HJL