Детектор перехода сигнала черезНулЕВОЕ зНАчЕНиЕ Советский патент 1981 года по МПК H03K5/22 

Изобретение относится к измери.тельной технике, в частности к облас ти цифровых измерителей периода коле баний, длительности импульса, амплитуды и фазы переменного сигнала, а ,также для измерения амплитудынапряжения постоянного тока. Известен детектор перехода сигнала через нулевое значение, содержащий входной ограничитель, подсоединенный к объединенному входу двух идентичных каналов,каждый из которых состоит из усилителя постоянного тока, последовательно соединенных двух входового элемента И, инвертора и многовходового элемента И, один из входов каждого из которых соединен с мультивибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ и два триггера 1. Недостатками известного устройства являются ложные срабатывания при входном аналоговом сигнале, подлежащем измерению, близком или равном ну лю, а также недостаточная разрешающая способность по входу аналогового сигнгша, причем увеличение коэффициента усиления входных усилителей-пос тоянного тока не увеличивает разреша щей способности, так как пропорционально коэффициенту усиления возрастает дрейф, шумы и появляется гисте- резис. При этом инвертор надежно работает как пороговый элемент при входном сигнале ,5 В, а при И5,1,5 В он работает неустойчиво. Кроме того, невозможна обработка медленно изменяющихся сигналов, например постоянного напряжения, так как отсутствует внутренн}1я или внешняя синхронизация. Цель изобретения - улучшение ха рактеристик устройства и расширение его функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в детектор перехода сигнала через нулевое значение, содержащий входной ограничитель, подсоединенный к объединенному входу двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из усилителя постоянного тока, последовательно соединенных двухвходового элемента И, инвертора и много-входового элемента И, один из входов каждого из которых соединен с мультивибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ и два триггера, введены трехпозиционный переключатель, дифференциальный умножитель, блок установки

опорных напряжений постоянного тока на одних из входов введенных двух балансных усилителей, два согласующих усилителя, входы которых соединены с выходами дифференциального умножителя, одни входы которых соединены с выходами усилителей посто- янного тока первого и BTdforo каналов, а выходы согласующих усилителей подключены к входам двухвходовых элементов И и перекрестно ко входам многовходовых элементов И каждого из каналов, причем другие входы балансных усилителей соединены с трехпозиционным переключателем, включенным на выходе усилителей постоянного тока каждого канала, а выходы баланс ных усилителей соединены с другими вх.одамидифференциального умножителя

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы работы устройства.

Детектор содержит ограничитель 1, усилитель 2 постоянного тока, двухвходовый логический элемент И 3,i инвертор 4, многовходовый элемент И 5, усилитель б постоянного тока, двухвходовый логический элемент И 7, инвертор 8, многовходовый логический элемент И 9, .мультивибратор 10, логический элемент ИЛИ 11, триггеры 12 и 13, умножитель 14, блок 15 установки стабилизированного постоянного напряжения, балансные усилители 16 и 17, согласующие усилители 18 и 19, переключатель 20 режимов, клеммы 2124, резистор 25, клеммы 26-29.

Устройство работает следующим образом.

Входной синусоидальный сигнал (диаграмма а на фиг. 2) поступает на клемму 21 через резистор 25 на ограничитель 1. С выхода ограничителя (диаграмма б на фиг. 2) сигнал подается на объединенный вход усилителей 2 и 6 постоянного тока. Когда этот сигнал переходит от отрицательного значения к положительному, выходной сигнал усилителя 6 постоянного тока равен нулю (диаграмма д на фиг. 2), а выходной сигнсш усилителя 2 постоянного тока положительный, и он (диаграмма в на фиг. 2.) подается на вход Х дифференциального умножителя 14, т|акже одновременно через переключ тель 20 на вход балансового усилителя 16, выходной сигнал которого подается на вход У умножителя 14 выходной сигнал умножителя 14, с выхода Z поступает через согласующий усилитель 18 на.один из входов логического элемента И 3 (диаграмма г), на второй вход которого подается выходной сигнал триггера 13 (диаграмма м .на фиг. 2} f который блокирует, т.е закорачивает, верхний вход элемента И 3 на нулевую шину, в результате

чего выходной сигнал элемента И 3, подаваемый на вход инвертора 4 (диаграмма е на фиг. 2), равен нулю, т.е. соответствует уровню логического О этой схемы. В результате выход.ной сигнал инвертора 4 (диаграмма ж на фиг. 2) соответствует уровню логической 1 и поступает на один из входов многовходового логического элемента И 5, который будет блокирован выходным сигналом (диаграмма м нафиг. 2) триггера 13,. вследствие чего элемент И 5 не пропускает импулсов мультивибратора 10(диаграмма 3 на фиг. 2) к входу логического элемента ИЛИ 11. Однако, как видно из Диаграмм (диаграммы д,о,л,и,к на фиг,. 2) в этот момент времени (при переходе сигнала ограничителя от отрицательного к положительному значению) открыт многовходовый логичёс,кий ялемент И 9 второго канеша сиг.налом логической , поступающим от триггера 13 (диаграмма н на фиг, 2) и выходным сигналом согласующего усилителя 18 (диаграмма г на фиг. 2) Это позволяет пройти двум импульсам от мультивибратора 10 через логические элементы И 9 и 11 на счетный вход триггера 12 (фиг. 2к), который делит частоту этих импульсов на 2, и в результате на его клемме 24 имеется выходной сигнал (диаграмма л на фиг. 2), соответствующий переходу аналогового сигнала на объединенном входе усилителей 2 и 6 через нулевое значение, т.е. от отрицательной его величины к положительной. После окончания длительности импульса на клемме 24 триггер 13 изменяет свое состояние (фиг. 2н), выходным сигналом запирает элемент И 9 и подготавливает к работе элемент И 5, который открывается выходным сигналом инвертора 4 и пропускает два импульса с выхода мультивибратора 10 через элементы Ъ и 11 на счетный вход триггера 12 (диаграммы ж,м,л на фиг, 2), это происходит при переходе аналогового сигнала на объединенном входе усилителей 2 и 6 от положительного значения к отрицательному. В дальнейшем цикл повторяется. Сигналы(диаграммы г,о на фиг. 2), подаваемые на входы логических элементов И 5 и 9 с выхода согласукядих усилителей 18 и 19, позволяют исключить ложное срабатывание схемы при входном аналоговом сигнале на клемме 21, «близком или равном нулю.

Переключатель 20 предназначен для расширения функциональных возможностей предлагаемого устройства, он позволяет синхронизироваться дискретным выходным сигналом триггера 13, т.е. фактически синхронизироваться с частотой мультивибратора 10 (клеммы 26 и 27), это необходимо, когда на клемму 21 подается медленно изменяющийся сигнал.постоянного тока, при этом входные импульсы триггера 13 являются.импульсами опроса, позволяет также синхронизироваться аналоговым входным сигналом любой формы (клеммы 28 и 29), при этом этот входной сигнал является синалом запуска, а также синхронизироваться внешним сигналом (клеммы 22 и 23) любой формы и следить за изменением этого сигнала.

Блок 15 установки стабилизированного постоянного напряжения является двухканальным с независимой установкой напряжения каждого из каналов, подключенных к двум отдельным балансным усилителям 16 и 17, это позволяет следить за двумя разными уровнями изменений напряжений входного аналогового сигнала, например усилитель 16 может давать импульс, открывающий умножитель 14 при И +И О, а усилитель 17-при .

В предлагаемом устройстве разрешающая способность выше, чем в известном в K,g хК,хК4 раз, (1) где К коэффициент усиления усилителей 16 и 17;

Kj0 Ktg - коэффициент усиления усилителей 18 и 19;

%1 Kj2 - коэффициент усиления умножителя 14 по входу У; KX( К)(2. коэффициент усиления умножителя 14 по входу X.

При ,0 .Z, и при у, 0

Z., т.е. выходной сигнал умножителя всегда равен нулю при равенстве нулю любого и его входных сигналов X или У.

Умножитель обладает также небольшими коэффициентами усиления Kj,3-20 и и небольшим дрейфом, намного меньшим, чем любой операционный усилитель, при слежении за входным переменным сигналом его входы и выходы могут быть подключены через развязывающие конденсаторы, что значительно уменьшает дрейф. Применение усилителей 2 и 6 с большим коэффициентом усления вызывает ложные срабатывания из-за дрейфа, В качестве умножителя может- быть применен любой двухканальный дифференциальный умножитель при этом одновременно работает только один из каналов. Выходной сигнал с клеммы 24 предлагаемого устройства представляет собой два импульса, пауза между которыми пропорциональна длительности импульса входного измеряемого сигнала. При подаче двух разных входных сигналов переменного тока (или медленно изменяющегося nocfoянного тока) на клеммы 22 и 23 можно измерить период одного колебания или разность фаз двух сигналов, выходные импульсы при этом управляют триггером заполнения (или разрешения) электронного счетчика, который показывает измеряемую величину в цифровом виде.

Таким образом, предлагаемое устройство применяют во многихприборах измерительной техники.

5

Формула изобретения

Детектор перехода сигнала через нулевое значение, содержащий входной ограничитель, подсоединенный к объе0диненному входу двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из усилителя постоянного тока, последовательно соединенных двухвходового элемента И, инвертора и многовходового элемента И, один из входов каждо5го из которых соединен с мультивибратором, общим для двух каналов, последовательно соединенные элемент ИЛИ и два триггера, отличающийс я тем, что, с целью улучшения его

0 характеристики и расширения его функциональных возможностей, в него введены трехпозиционный переключатель, дифференциальный умножитель, блок установки опорных напряжений постоянно5го тока на одних из входов введенных двух балансных усилителей, два согласующих усилителя, входы которых со динены с выходами дифференциального умножителя, одни входы которых соединены с выходами усилителей постоянно0го тока первого и второго каналов, а выходы согласующих усилителей подключены к входам двухвходовых элементов И и .перекрестно к входам многовходовых элементов И каждого из кана5лов , причем другие входы балансных усилителей соединены с трехпозиционным переключателем, включенным на выходе усилителей постоянного тока каждого канала, а выходы балансных уси0лителей соединены с другими входами дифференциального умножителя.

Источники инф9рмации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 3593166,

5 кл. 328-150, (прототип).

м