Преобразователь энергии постоянного токаВ чАСТОТу СлЕдОВАНия иМпульСОВ Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 G01R19/25 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может исполь зоваться при создании электронных счетчиков энергии постоянного тока с высокими помехоустойчивостью и метрологическими характеристиками. Оно может также найти применение при построении часготно-цифровых, измерительно-ци(}ровых, измерительно-вычислительных приборов и устройств предварительной обработки данных для ввода в цифровые вычислительные машины. Известен преобразователь энергии постоянного тока в количестве импульсов, содержащий интеграторы с кондёнсагсрам в цепях обратной связи, выполненный с разомкнутой структурой с изменением нап ,равления интегрирования 1. Недостатком его является сравнительно низкая точносгь преобразования. Известен преобразователь энергии постоянного тока в количество импульсов, основанный на принципе регулируемой импульснсА обратной связи, содержащий два интегратора, выполненные, например, на операционных усилителях Недостатками его являются низкая термостабильность и помехоустойчивость. Цель изобретения - повьпиение термостабильности и помехоустойчивости. Это достигается тем, что в преофазователь энергии постоянного тока в частоту следования импульсов, содержащий два интегратора, выполненных на операционных усилителях с конденсаторами в цепях обратных связей, выход первого из которых соединен со входом нуль-органа, введены реверсивные переключатели, включенные между выходами источников преобразуемых напряжений и входами интегра- .горов, дифференциатор, выполненный на операционном усилителе и включенный между выходом второго интегратора и входом первого интегратора, и двуханодные стабилитроны, включенные параллельно интегрирующему конденсатору второго интегратора и резистору дифференциатора, а выход нуль-органа соединен с управляк щими входами реверсивньсх. переключателей.. . . . На фиг. 1 изображена струкгу шая схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы;, поясняющие его работу. v -;..; .,;.-. ..: .. ПреДЛШаемый преобразователь содержиг интеграторы 1 и 2, .выполненные на операционных усилителях -( и 2/ с кон денсаторами 1 2, и 22, включенными в цепи отрицательной обратной связи (ООС). В цепь рос-.интёгратс эа 2 включен двуханодныйЬтабнлктрон .2 3 С параллельно .крн : денсатору 2 ,. Дифференциатор. а выпол нен на операционном усилнтбле 3|. со входным конденсатором 3,, стабилитроном За и резистором ООС 34. Инвертирукг«.и выход интегратора 2 соединен с входом Дифференциатора 3, выход которого через резистор 3 соединен с входом интеграгс а 1. Инвертирующий вход операционного уси лителя 4, выполняющего функцию нуль-ор ана,-соединен с вькодом интегратора 1, ыход - с управляющими входами реверси гых переключателей 5 и 6 преобразуемых 1апряжений, выполненных по одинаковым схемам. Выходы 7 переключателей 5 и 6 соединены соответственно с входами инте раторов t и 2,а к входам коммутаторов подключены соответственно преобразуемы напряжения X и У, цропорциональные то ку нагрузки и напряжению сети. Переключатели 5 и 6 преобразуемого напряжения X могуг быть выполнены, например, на инвертирующем детекторе 8, Работа реверсивных переключателей 5 и 6 соответствует уравнениям - г- .l} 0, 1 г , где R - резистор R - соответствующий резистору 8 резистор в переключателе 6. Предположим, что при включении устройства все три конденсатора l . 1 ii 3 были разряжены, а напряжен . на инвертирующем выходе усилителя 2 и (J на выходе усилителя 1 равнялись нулю (фиг. 1 и 2, момент to), В силу большого коэффициента уснлёния усилителя 4 и возможных флуктуаци напряжения U;) на его входе выходное на ряжэние Ид отлично от нуля, наггример от |р«1цательно (фиг., 2). При этом токи 1 1 имеют положительное направление (фиг. 2). Нагфяжение {jg инвертирующем выходе усилителя 2 начинает. п х растать (фиг. 2), а на неинвертирующем выходе уменьшаться. Через конденсатор 312 начинает протекать положительный ток, и петля ООС усилителя 3 замыкается через стабилитрон 3 (сопротивление резистора 3 достаточно велик о It Через, резистор 35- начинает протекать ток -( отрицательногонатфяжения, сгричем для обес- печеЕШя работоспособности устройства ток -1 ij по модулю должен быть больше максимального тока -| j . Суммарный входной ток 1 j( + 1 /2 усилителя 1 имеет отрицательное направление, поэтому напряжение U- начинает возрастать (фиг. 2), а наЩ)яже1 ние U,4. по прежнему остается отрицательным. Когда напряжение на конде{1сатсре 2 уменьщается до напряжения Е пробоя стабилитрона 2 g петля ООС усилителя 2 f замыкается через стабилитрон 2.j , выходные напряжения усилителя 2 прекращают изменяться, ток через конденсатор З становится равным нулю, на выходе усилителГ 3 напряжение U-} также становится нулевым, что обеспечивается резистором Зд, ток 12. прекращает протекать (момент t-f ). Начиная с момента .на вход интегратора 1 воздействует только ток fO, поэтому напряжение U начинает уменьшаться. Когда в момент t2. напряжение стстановится отрицатетьным, на выходе усилителя 4 напряжение (3 изменяет полярность на положительную, токи и /} становятся с трицательныма. Напряжение U(i. на инверт фующем выходе усилителя 2 начинает уменьшаться (фиг. 2), а на неинвертирующем - возрастать. Стабилитрон 2 закрывается. Через конденсатор 32. начинает протекать отрицательный ток, и петля ООС усилителя 3 за- . мыкается через стабилитрон Зо, через ре- зистф 3 начинает протекать ток Ig положительного направления, больший по модулю максимальнсяо тока fx. Суммарный входной ток IT 2 имеет положительное направление, поэтому напряжение 0 продолжает уменьшаться, а напряжение UA будет иметь положительную полярность (фиг. 2). Когда напряжение на ксжденсаторе 3 увеличивается до напряжения +Е.пробоя стабилитрона 2 петля ООС усилителя 2 ,) замыкается через стабилнтрси 2 выходные напряжения усилителя прекращают изменяться, ток через конденсагор 3 становится равным нулю, напряжение и и гок iVji. оказываются также рав ными нулю {момент i,- ). Начиная с момента вход интег ратора 1 воздействует только ток 1 j О поэтому напряжение U начинает увеличиваться. Когда в момент Ьл напряжа1ие становится положите-льным, на выходе усилителя 4 напряжение Уд изменяет полярность на отрицательную, токи . и -Ijt становятся положительными. От момента с д до момента t в устройстве протекают те же процессы, что и от момента Со до -ti за исключением того, что конденсатор 2 2. изменяет напряжение от +E.f до -Е . Если напряжение +Е2. и -E,j пробоя стабилитрона Зз одинаковые, то положительная и отрицательнаяамплитуды тока 12 также одинаковые и диаграммы напряжений и токов в промежутках t д - -t оказываются симметричными относительно осей абсцисс (фиг. 2), поэтому в установившемся режиме приобретает вид для частоты их повторения F гл- RZ .R,44 Повышение термостабильности досгига ется за счет того, что температурный дрейф напряжения смещения усилителей Ij и 2 в одном полупериоде складьюае ся с напряжением а У, а в другом вычитается. Формула изобретения Преобразователь энергии постоянного тока в частоту следования импульсов, содержащий два интегратора, выполненных на операционных усилителях с конденсаторами, в цепях обратных связей, выход первого из которых соединен с входом нзпь органа, отличающийся гем, что с целью повышения термостабильности и помехоустойчивости, в него введены реверсивные переключатели, включенные между выходами источнике преобразуемых напряжений и входами интеграторов, дифференциатор, выполненный на операционном усилителе и включенный между выходом второго интегратора и входом первого иртегратора. и двуханодные стабилитроны, включенные параллельно интегрирующему конденсатору второго интегратора и резистору дифференциатора, а выход нульоргана соединен с управлрпощими входами реверсивных переключателей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 166178, кл. еО1 R 19/26, 14.b8.65. 2.Авторское свидетельство СССР № 235847, кл. GO1 R 19/26, 13.12.67 (гфототип).