Сравнивающее устройство Советский патент 1980 года по МПК H03K5/20 G05B1/01 

1

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники, в частности к сравнивающим устройствам, преобразующим амплитуду и величи-5 ну измеряемого напряжения в число импульсов, которые могут быть использованы для построения аналого-цифровых преобразователей.

Известны сравнивающие устройства, |Q содержащие транзистор, источники компенсационного и сравнивающего напряжений, конденсатор, резисторы, диод

13

Однако эти устройства сложны по .конструкции,имеют большое число функциональных узлов, нелинейных и реактивных элементов, не позволяют достигнуть высокой точности измерения, предназначены лишь для измерения ампли- -Q туды импульсных напряжений.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Для этого в устройство, содержащее транзистор, источники компенса- 25 ционного и сравнивающего напряжений, конденсатор, резисторы и диод, введены потенциометр, ключ, источник переменного напряжения и параллельный колебательный контур, включенный меж-ij.

ду общей шиной и базой транзистора, соединенной через делитель напряжения на резисторах с источником переменного напряжения, при этом средняя точка делителя напряжения соединена через конденсатор с коллектором транзистора, эмиттер которого через резистор соединен с источником компенсационного напряжения и через потенциометр и ключ с источником сравнивающего напряжения, а база транзистора через диод соединена с выходной клеммой .

На фиг. 1 представлена принципигшьная схема устройства; на фиг. 2 - его частотная характеристика.

Устройство содержит транзистор 1, источники компенсационного 2 и сравнивающего 3 напряжений, конденсатор 4, резисторы 5-7, диод 8, потенциометр 9, ключ 10, источник 11 переменного напряжения,, например генератор, параллельный колебательный контур 12, выходную клемму 13.

Принцип работы сравнивающего устройства-преобразователя удобно рассмотреть с дополнительными элементами: преобразователем 14 число импуль-.. сов - напряжение, вход которого подклюЧен к одному из входовы сравнивающего устройства-преобразователя (выходная клемма 13), а выход - к клемjviaM компенсационного иртрчника 2 напряжения индикаторным счетчиком 15, вход которого соединен с другим выходом устройства (клемма 16).

При включенном генераторе 11, выходное напряжение которого выше порога отпирания транзистора 1, а частота входи в полосу пропускания контура 12, транзистор 1 отпирается, В момент отпирания транзистора входное сопротивление транзисторного каскада становится нелинейным, причем составляющими его компонентами являются отрицательное активное сопротив- 15 ление, нелинейная емкость и нелинейная индуктивность. Отрицательное входное сопротивление резко увеличивает добротность контура, что ведет к резкому увеличению напряжения U на KORtype и 20 отпиранию транзистора 1, а нелинейные, индуктивность и емкость деформируют частотную характеристику устройства которая преобразуется из характеристики вида А в характеристику ви- - да Б (фиг. 2). Частота f генератора 11 выбирается равной резонансной частоте контура 12 f,Потенциометром 9 добиваются такого режима работы устройЪтва, чтобы его полоса пропускания была минимальной, но не равной 30 нулю. При этом амплитуда напряжения и на контуре максимальна (точка б на фиг. 2).

При измерении положительного напряжения U;( (полярность без скобок на 35 фиг. 1), когда на входную клемму 17 подана, команда сброс, источник 3 (Уд) отключен и колебания с контура 12 поступают на диод 8 и затем в виде положительных импульсов на дО преобразователь 14. Последний вырабатывает ступенчатое компенсирующее напряжение UK; пропорциональное числу поступающих импульсов. Полярность и, обратнЪ полярности (Jf, .Ступенчатое увеличение UK приводит к дискретному уменьшению полосы пропускания Af Системы до нуля. Когда , транзистор 1 запирается, колебания на контуре 12 срываются (уменьш.ается с б до а на фиг. 2), Ок прек- О ращает изменяться, а сравниваКяцее устройство устанавливается в нулевое положение. По команде наЬлемму 18 ключом 19 подключается выход 16 устройства к входу индикаторного счетчика 55 15 и ключом 10 Ц( подключается к вхоу сравнивающего устройства. Подключение измеряемого напряжения 1/л ведет к увеличению полосы пропускания л f устройства на величину, пропорциональ- л ную U (например, характеристика А на фиг. 2), а U увеличивается скачком из точки а в точку б (фиг. 2), На входы преобразователя 14 и счетчика 15.начинают поступать положи- ,

тельные импульсы, что вызывает днекретное увеличение UK и уменьшение полосы пропускания лf(характеристики Б, в ..., п на фиг. 2) .Когда (J 0, полоса пропускания , колебания на контуре вторично срываются и на выходной клемме 16 заканчивается Формирование пачки импульсов, число которых пропорционально L/x, а счет осуществляется счетчиком 15.

При измерении отрицательного постоянного напряжения (полярность в скобках на фиг. 1) анод диода 8 отключается от клеммы 20 и подключается к клемме 21- инверсивному выходу колебательной системы. Шина 21-18 переключается с клеммы 21 на клемму 20. Режим работы устройства выбирается (обычно выбором UK) так, чтобы колебания на контуре 12 отсутствовали, а на клемме 21 появились. Тогда аналогично предьадущему при Ux 0 на преобразователь 14 поступают импульсы и UK (полярность в скобках на фиг. 2) увеличивается по абсолютному значению вызывая уменьшение порога отпирания транзистора 1, В момент его отпирания на контуре 12 возникают, а на клемме 21 срываются колебания. По команде с клеммы 18 подключаются клемма 16 и напряжение Ux которое запирает систему, и полоса пропускания . Колебания на клемме 21 возникают вновь и продолжаются до тех пор, пока не произойдет полной компенсации Ux напряжением U. В этот момент транзистор 1 вновь открывается и колебания на клемме 21 срываются На выходе 16 формируется пачка импульсов, число которых пропорционально 0 ,

Сравнивающее устройство может быть использовано для измерения амплитуды переменного и импульсного напряжений. При измерении, например амплитуды положительного полупериода или Импульса используется схема,показанная на фиг.1.В этом случае в отрицательные полупериоды транзистор 1 заперт и устройство не работает,а в положительные полупериоды транзистор открывается и преобразование происходит аналогично вышеописанному.

Если компенсация амплитуды (J не успела произойти за время полупериод колебаний Ux то она продолжается в течение второго, третьего и т.д. периодов вплоть до полной компенсации. Измеряются и одиночные импульсы, но в этом случае нужно выбирать частоту генератора 11 так, чтобыкомпенсация произошла в течение длительности прямоугольного импульса, и если сложной формы,то за время нарастания его от нуля домаксимума.Для автоматзации включения ключей 10 и 19 в мом измерения использована связь инверсиного выхода {клемма 21) с клеммой 18 запуска.В этом случае по окончании установки нуЛя колебания на контуре 12 срываются, а на клемме 21 возникают и первым же импульсом включаются ключи 10 и 19, которые остаются включенными до окончания формирования пачки импульсов на клемме 16. В момент поступления команды сброс на клемму 17 установка нуля и измерение Ux повторяются без дополнительного внешнего запуска на кЛемму 18.

Таким образом, преимущества предлагаемого устройства (простота, увеличенные по сравнению с известными устройствами точность и скорость измерения, расширенные функциональные возможности) достигаются тем, что источники измеряемого и компенсирующего напряжений подключены к активной колебательной цепи, питаемой переменным напряжением стабильной частоты и изменяющей полосу пропускания вплоть до срыва или возбуждения колебаний в зависимости от соотношения измеряемого и компенсирующего напряжений, а пачка импульсов с числом импульсов, равным измеряемому напряжению, поступает на выход преобразователя с контура через диод и коммутационный элемент, образующих формирующую цепь. Предлагаемое устройство имеет минимальное число элементов, что упрощает его конструкцию. Увеличение точности обусловлено тем, что момент установки сравнивающего устройства в нулевое положение и момент окончания измерения характеризуются одной и той же систематической погрешностью компенсации напряжений, кроме того, в цепи сравнения отсутствуют нелинейные элементы. Повышение

::корости срабатывания устройства и момент компенсации определяется высокой скоростью изменения его добротности. Входное сопротивление в момент компенсации велико, так как в цепи с резисторами 7, 9 происходит компенсация по напряжению. Возможно использование цепи сравнения по току, но в этом случае входное сопротивление значительно уменьшается.

Формула изобретения

Сравнивающее устройство, содержаще транзистор, источники компенсационного и сравниваемого напряжений, конденсатор, резисторы и диод, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в него введены пот§нциометр, ключ, источник переменного напряжения и параллельный колебательный контур, включенный между общей шиной и базой транзистора, соединенной через делитель напряжения на резисторах с источником переменного напряжения, при этом средняя точка делителя напряжения соединена через конденсатор с коллектором транзистора,эмиттер которого через резистор соединен с и&точником компенсационного напряжения и через потенциометр и ключ систочником сравниваемого напряжения, а база транзистора через диод соединена с выходной клеммой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 343249, кл. Н 03 К 5/20, 1969 (прототип).

f