Преобразователь напряжения Советский патент 1979 года по МПК G01R19/10 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

- -. . t Настоящее изобретение относится области аналоговой вычислительной и измерительной техники и может быть использовано в аналоговых вычислительных Мсцяинах для выделения модуля и в качестве фазочувствительного выпрямителя. В настоящее время для преобразования сигналов (модуляции-демоду- . ляции) iimpoKo используются схемыt содержащие ключи и операционный усилитель, принцип действия которых заключается в коммутации сигнала модуляции с частотой сигнала несущей 1. Недостатком этих устройств является погрешность преобразования, обусловленнай влиянием остаточных параметров аналогового ключа и небольшое быстродействие. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является преобразователь напряжения, который содержит два ключа и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, оба входа которо о через два последовательно соедин 1НЫХ резистора подключены ко входу у ройства, а между выводами соединения этих резисторов и корпусом включены ключи, управляющие входы которых подключены к противофазным выходам блока управления, причем неинвертирующий вход операционного усилителя через дополнительный резистор соединен с корпусом C2J. Недостатком известного преобразователя является наличие ложного сигнала на выходе из-за нгшичия коммутационных токов и из-за сдвига нулевого уровня, обусловленного изменением коэффициента передачи операционного усилителя. Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширения функций, выполняеких устройством. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения, содержащий два ключа и операционный усилитель с отрицательной обратной связью, инвертирующий вход которого соединен с первым резистором, а неинвертирующий вход - со входом устройства через два последовательно соединенных резистора, вывод соединения которых подключен к входу первого ключа, а управляющие входы ключей соединены с противофазными выходами блока уп ления, введен второй операционный усилитель, инвертирующий вход кото рого через первый введенный резист соединен со входом первого ключа, выход - с выходом первого ключа, неинвертирующий вход подключен через второй введенный резистор к ко пусу и через второй ключ ко входу устройства, к которому подключен с другой стороны первый резистор. Пр этом блок управления содержит коммутатор/ формирователь, переключатель и схему управления, выход кот рой соединен с управляющими входами коммутатора и переключателя, со диненного через формирователь со входом коммутатора, причем один вход переключателя подключен ко вх ду устройства, а другой к источник управляющего напряжения, а противо фазные выходы блока управления образованы выходами коммутатора. На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя на фиг. 2 даны временные диаграммы (а, б, в),отражающие работу устройства при различ ных функциональных назначениях (в качестве прецизионного выпрямителя и в качестве фазочувствительного детектора); . . Преобразователь напряжения содер жит первый операционный усили.тель 1, второй операционный усилитель 2 и ключи 3, .4, Неинвертирующий вход операционного усилителя 2 соединен через резистор 5 с корпусом, а через ключ 4 со входом устройства. Инвертирукндий вход усилителя I подключен через резистор 6 ко входу устройства, который через резистор 7 и резистор 8 подключен к инвертирующему входу усилителя 2. .вывод соединения резисторов 7 и 8 через резистор 9 соеди.чен с неинвертирующим входом усилителя 1, в цепи отр цательной обратной связи которого включен резистор 10. Блок управления 11., включающий в себя коммутатор 12, формирователь 13, переключатель 14, источник управляющего напряжения 15 и схему управления 16, противофазными выходами, образованными коммутатором 12, соединен с управляющими входами ключей 3 и 4.f Выходом устройства ярляется выход операционного усилителя 1. Работа преобразователя в качес1гве прецизионного выпрямителя заключается в следующем (см. фиг. 2а, б) При положительной полярности пре образуемого напряжения ключ 4 закрыт и неинвертируимций вход усилителя 2 через резистор 5 оказывается подключенным к землё. На инвертирующий вход усилителя 2 поступает положительное входное напряжение.. Выходное напряжение усилителя 2, работаю1дего в режиме компаратора, открывает ключ 3, включенный в цепь отрицательной обратной связи, которая значительно уменьшает влияние остаточных параметров ключа. Средняя точка последовательно соединенных резисторов 7 и 9 находится под потенциалом земли и усилитель 1 работает при этом в режиме инвертора с коэффициентом передачи, равным Кр 1 (при условии равенства между собой номиналов резисторов 6, 10). При отрицательном входном напряжении ключ 4 открыт и на неинвертирующий вход усилителя 2 Подается входное отрицательное напряжение,меньшее на величину падения напряжения на открытом ключе 4. На инвертирующий вход усилителя 2 подается полное входное напряжение, уменьшает время переключения усилителя 1 из-за уменьшения зона насьпцения. Выходное напряжение усилителя 2 закрывает ключ 3 и уси 1итель 1 работает в режиме повторителя. При необходимости получения выходного напряжения преобразователя положительной полярности необходимо изменить полярность включения ключей 3 и 4. При использовании схемы в качестве универсального преобразователя с расширенными функциональными возможностями ключи 3 и ,4 выполнены управляемыми, например, на полевых транзисторах. Сигналы управления на затворы ключей 3 и 4 поступают с противофазных выходов устройства формирования 11, На вход коммутатора 12 поступает сигнал с формирователя 13. Если На формирователь 13поступает через переключатель 14входное напряжение преобразователя, то схема выполняет функции прецизионного выпрямителя, описанного выше. Полярность выходного напряжения преобразователя определяется состоянием комму1 атора 12, который управляется схемой 16. При одном и том же входном напряжении преобразователя ключ 3 может быть открыт, а ключ 4 - закрыт, или наоборот, в зависимости от того, прямое или инвертированное напряжение поступает с выхода- коммутатора 12 на управляющий вход каждого ключа. Таким образом, для управленияполярностью выходного напря ;ения преобразователя не требуется уменьшать полярность диодов, требуется только проинвертирювать сигналы формирователя, что легко осущест-. вить с покющью схемь управления lis. Если на вход формирователя 13 поступает через переключатель 14 управляющее напряжение 15, схема преобразователя может выполнять

ряд других функций. Так, в зависимости от полярности управляющего напряжения постоянного тока, схема выполняет функции либо инвертора, либо повт зрителя.

Если же на входы преобразователя (аналоговый и управляющий) поступают гармонические напряжения, то схема выполняет функции фазочувствительногр детектора, постоянная соетавлфошая выходного напряжения которого равна:

J, ,

где: UfT, - амплитуда входного напряжения преобразователя;

К - коэффициент пропорциональности;

if - угол сдвига фаз между входным и управляющим напряжением.

Наконец, если Lf - постоянное напряжение, а - переменное, то преобразователь выполняет функции прецизионного модулятора с коэффициентом передачи 1. Выходное напряжение имеет прямоугольную форму с полным размахом 2 17а

Изобретение может быть широко использовано в аналоговых вычислительных машинах в качестве функционального блока, а также в измерительных приборё1х различного назначения.

Применение преобразователя напряжения в качестве входного устройства аналого-цифрового преобразовател (АЦП) достаточно просто решает вопрос преобразования разнополярного напряжения постоянного тока в однополярное, что значительно упрощает схему АЦП, так как при этом требуется источник компенсирующего напряжения только одной полярности. Одновременчо увеличивается и быстродействие устройства, потому что нет необходимости в дополнительном такте пределения полярности.

Формула изобретения

;первого ключа, неинвертирующий вход подключен через второй введенный резистор к корпусу и.через |второй ключ ко входу устройства, к которому подключен с другой сто5 РОНЫ первый резистор.

|тем, что блок управления содержит коммутатор, формирователь, переключатель и схему управления, выход которой соедийен с управляющими входами кокмутатора и переключателя, соединенного через формирователь со входом коммутатора, причем один

5 вход переклю 1ателя подключен ко

входу устройства, а другой к источ нику управляющего напряжения, а ;противофазные выходы блока управления образованы выходами коммута0 :тора.

I Источники информации, принятые во внимание при экспертизе : 1. Патент США 3783399, кл. 330/9, 1974.

5 2. Ж.Марше. Опе{)ационные усилители и их применение, Энергия, Л., 1974, с. 88.

tt

V

VtMi