Интегрирующий преобразовательНАпРяжЕНия B иНТЕРВАл ВРЕМЕНи Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ИНТЕГРИРУЮГМЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерителязс напряжения постоянного и переменного тока. Известен интегрирующий преобразователь, содержащий входную клемму, переключаемый источник образцовых напряжений, интегратор на основе усилителя -постоянного тока с конденсатором в цепи отрицательной обратной свя зи, нуль-орган, вход которого соединен с выходом интегратора, триггер, один из входов которого подключен к выходу нуль-органа и к управлякядему входу интегратора, а выход соединен с выходной клеммой, а также два резистора, два ключа и генератор тактовых импульсов, выход которого соедине с другим входом триггера и с управляю щими входами ключей, сигнальные входы которых подключены соответственно ко входной клемме и к выходу переключаемого источника образцовых напряжений, а выходы соединены с резисторами, при этом другие выводы резистора подключены к двум входам интегратора 1. i Недостатками этого преобразователя являются низкая точность и малое быст родействие. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в известный интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий переключаемый источник образцовых напряжений, выход которо- . го соединен со входом первого резистора, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора на основе усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, выход которого соединен со входом нульоргана, выход которого соединен с интегратором и первым входом триггера, выход которого соединен с выходной клеммой, генератор импульсов, выход которого соединен со вторым входом триггера и управляквдим входом ключа, выход которого соединен со входом интегратора, а сигнальный вход с выходом.второго резистора, вход-ко торого соединен.со входной клеммой, введены дополнительный ключ, второй усилитель постоянного тока и второй конденсатор, повторитель напряжения, вход которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора и вхоДОМ ключа, а выход повторителя напряжения соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока и сигнальным входом дополнительного ключа, выход которого соединен с выходом второго усилителя, со второй обкладкой второго конденсатора и с {1ервым входом переключаемого источника образцовых напряжений, при этом управляющий вход второго ключа соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и с вторым входом переклю чаемого источника образцовых напряжений, а нвинвертирующий вход второго усилителя постоянного тока соединен с общей шиной. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы а - измеряемое напряжение на входной кле ме; б- напряжение на выходе генератора тактовых импульсов; в - напряже ние на выходе усилителя постоянного тока; г - напряжение на выходе интег ратора; д - напряжение на выходе нуль-органа; е - напряжение на выход триггера; ж - напряжение на выходе переключаемого источника образцового напряжения). Устройство содержит входную клемму 1, переключаемый источник 2 образ цовь1х напряжений, ключ 3 и дополнительный ключ 4, два резистора 5 и б, интегратор 7 на основе усилителя 8 постоянного тока с конденсатором 9 в цепи отрицательной обратной связи, нуль-орган 10, триггер 11, генератор 12 тактовых импульсов, выходную клем му 13, повторитель 14 напряжения, второй конденсатор 15 и второй усилитель 16 постоянного тока. Преобразователь работает следующим образом. Пусть на входную клемму 1 устройства подается отрицательное напряжение и . В момент времени t по перед нему фронту импульса генератора 12 тактовых импульсов замыкаются ключи 3 и 4. В результате чего напряхсение сформированное на конденсаторе 15 за время t,j-t в предыдущем такте, равно (Т - TJ, где RJ- - сопротивление резистора 5; C-J5 емкость конденсатора 15; (T.J « Т) падает до нуля вследствие того, что при замыкании ключа 4 происходит принудительное выравнивание потеициалов точек а и Ь (фиг. 1) по следующей цепи разряда конденсатора 15: левая обкладка конденсатора 15, замкнутый ключ 3, левая обкладка кон денсатора 9, правая обкладка конденсатора 9, выходное сопротивление уси лителя 8 постоянного тока, выходное сопротивление усилителя 16 постоянного тока, правая обкладка конденсатора 15. Для предотвращения разряда конденсатора 15 через замкнутый ключ 4 в цепь между ними введен повторитель 14 напряжения с малым значением входного тока. Процесс разряда конденсатора 15 описывается следующим соотношением (Т - Т.) где Jg - эквивалентный ток разряда. При этом осуществляется перенос интегрального значения U с конденсатора 15 на конденсатор 9 интегратора 7- Одновременно интегратор 7 осуществляет интегрирование измеряемого напряжения через резистор 5 и замкнутый ключ 3 и образцового напряжения Ug переключаемого источника 2 образцовых напряжений до момента времени tj, когда выходное напряжение усилителя 16 постоянного тока оказывается равным нулю. К этому времени на конденсаторе 9 сформируется интегральное значение, определяемое выражениемV (3) где Cg - емкость конденсатора 9; Rg - сопротивление резистора 6. После окончания разряда конденсатора 15, в течение оставшегося времени до окончания импульса длительностью T-J (момент времени 14) интегратор 7 интегрирует лишь напряжений и и UQ. За это время на конденсаторе 9 сформируется значение, определяемое выражением (Т.,,- Т ) (М в момент времени t задним фронтом тактового импульса с выхода генератора 12 тактовых импульсов размыкаются ключи 3 и 4. В результате на конденсаторе 15 происходит накопление нового заряда, соответствующего измеряемому напряжению УХ, а интегратор 7 продолжает интегрирование образцового напряжения Up. В момент времени tj выходное напряжение интегратора 7 достигает нуля, что приводит к срабатыванию нуль-органа 10, на выходе которого вырабатывается импульс длительностью . В течение интервала времени .выходное напряжение интегратора 7 поддерживается равным нулю. Зэ интервал времени - t на конденсаторе У будет сформировано интегральное значение, определяемое выражениемВ момент времени t передним фрон том очередного тактового импульса с генератора 12 тактовых импульсов зам каются ключи 3 и 4, и цикл работы по торяется. Информативный интервал вре мени Т)( tj-t вьщеляется с помощью триггера 11 от момента начала такто вого импульса (момент времени t) до момента равенства нулю выходного напряжения интегратора 7 (момент време ни t) . Процесс формирования интегральных значений на конденсаторе 9 характеризуется равенством нулю их cyMNttJ в течение периода преобразования Т, т. е. Подставив (2), (3), (4) и (5) в (6) и произведя преобразования выражения, получим функцию преобразовани напряжения в интервал времени TV Смена знака измеряемого напряжени DX , например в момент времени t,., приводит к изменению знака и значени скорости изменения выходного напряжения усили-геля 16 постоянного тока. Начиная с момента времени tg, это на пряжение становится меньше нуля. По этому признаку осуществляется подготовка переключения полярности образцо вого напряжения. По переднему фронту очередного тактового импульса с выхо да генератора 12 тактовых импульсов источник 2 переключаемых образцовых напряжений срабатывает и на его выходе появляется образцовое напряжение Ug другого знака. В остальном работа предлагаемого устройства при измеряемом напряжении Uj другой полярности осуществляется ана.логично. Сформулированный информативный интервал Т пропорционален среднему за время Т преобразования значению измеряемого напряжения U)( , при этом в каждом текущем такте преобразования интервал времени Т пропорциона.лен среднему значению и за предыдущий такт, т. е. быстродействие предлагаемого устройства характеризуется временем Т одного фиксированного такта, вместо двух, характерных для известного устройства, что значительно повышает быстродействие. Непрерывное интегрирование измеряемого напряжения, осуществляемое в предлагаемом устройстве, исключает операцию переключения в цепях измеряемого и образцового напряжений. Это повышает точность преобразования, так как исключается влияние паразитных параметров ключей. Таким образом, устройство является более точным и обладает большим быстродействием. Формула изобретения Интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий переключаемый источник образцовых напряжений, выход которого соеди-нен со входом первого резистора, выХОД которого соединен с инвертирующим входом интегратора на основе усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, выход которого соединен со входом нуль-органа, выход которого соединен с интегратором и первым входом триггера, выход которого соединен с выходной клеммой, генератор импульсов, выход которого соединен со вторым входом триггера и управляющим входом ключа, выход которого соединен со входом интегратора, а сигнальный вход - с выходом второго резистора, вход которого соединен со входной клеммой, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены дополнительный ключ, второй усилитель постоянного тока и второй конденсатор, повторитель напряжения, вход которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора и входом ключа, а выход повторителя напряжения соединен с инвертирующим входом усилителя постоянного тока и сигнальным входом дополнительного ключа, выход которого соединен с выходом второго усилителя, со второй обкладкой второго конденсатора и с .первым входом переключаемого источника образцовых напряжений, при этом управляющий вход второго ключа соединен с выходом генератора тактойых импульсов и с вторым входом переключаемого источника образцовых напряжения, а неинвертирующий вход второго усилителя постоянного тока соединен с общей шиной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР I 132863, кл. Н 03 К 13/20, 1960 (прототип).