Устройство для деления напряжения Советский патент 1981 года по МПК G06G7/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в электронных измерительных установках.

Известив устройства для измерения отношения двух напряжений, содержащие генератор импульсов и два ключа 1.

Однако эти устройства не обладают доста точной точностью и возможностью определения отношения напряжений противоположных знаков, что сужает диапазон изменения входных сигналов. .

Наиболее близким к изобретению является устройство для деления напряжений, содержащее генератор прямоугольных импульсов, триггер, два ключаf вход первого ключа является первым входом устройства, а управляющий вход второго ключа соединен с выходом генератора импульсов.

Для выполнения операции деления в этом устройстве используется разность логарифмов напряжений, реализуемых при помощи интегрирующих НС цепей,Конденсаторь этих RC-цепей, заряженные до величин входных напряженийf разряжаются через резисторы цепей. возникающие при

этом экспоненциальные напряжения сравниваются с опорным при помощи отдельных сравнивающих схем, которые в моменты равенства напряжений выдают импульсы, отстоящие друг от друга на интервал времени, пропорциональньой логарифму отношения входных напряжений.. Этот интервал времени используется для запуска триггера, дли10тельность выходных импульсов которого соответствует частному от деления входных напряжений 2.

Недостаток устройства заключается в том, что оно не обладает возмож5 ностью определения отношения напряжений противоположных знаков, что сужает диапазон изменения входных сигналов. Кроме того, ошибка измерения устройства получается из-за

20 нестабильности срабатывания сравнения.

Цель изобретения - расширение диапазона изменения входных сигналов и повышения точности.

25

ПоставленнаяЦель достигается тем,, что в устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый триггер, первый ключ, инфорМсщионный вход которого является пер30вым входом устройства, второй ключ. управляющий вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, введены третий и четвертый ключи, второй триггер, первый и второй ограничители, восемь элементов И, сумматор по модулю два, первая и вторая дифференцирующие цепочки, инвертор, делитель частоты повторения импульсов и делитель напряжения, вход которого является вторым входом устройства, а. выход - подключен к информационному входу второго ключа, -выход первого элемента И и через инвертор к входу делителя частоты повторения импульсов, выход инвертора подключен к управляющему вхо ду третьего ключа и первому входу второго элемента И, выхот первого ключа подключен к входу первого ограничителя и через первую дифференцирующую цепь к информационному входу третьего ключа, выходы второго и третьего ключей объединены и подключены к входу второго ограничителя, выход которого подключен к вторым входам первого и вто рого элементов И, первый выход делителя частоты повторения импульсов подключен к управляющему входу первого ключа, первому входу третьего элемента И, первому входу сумматора по модулю два и через вторую дифференцирующую цепь к информационному входу четвертого ключа, второй выход делителя частоты повторения импульсов подключен к первому входу четвертого элементаИ и второму вход сумматора по модулю два, выход первого ограничителя подключен .к вторым входам третьего и четвертого элементов И, выходы первого и второго эле ментов И подключены к входам первог триггера, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входа второго триггера, первый выход перBOJ O триггера подключен к первым Бходам пятого и шестого элементов И а второй выход первого триггера под ключен к первым входам седьмого и восьмого элементов И, первый выход второго триггера подключен к вторым входам пятого и восьмого элементов И, а второй выход второго -триггера подключен к вторым входам шестого и седьмого элементов И, выходы пято го, и седьмого элементов И объединен и подключены к третьему входу сумма тора по модулю два, выходы шестого. восьмого элементов И объединены и подключены к четвертому входу сумма тора по модулю два, выход сумматора по модулю два подключен к управляющему входу четвертого ключа, выход которого является выходом устройств На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграммы напряжений основных блоков ус.тройУстройство содержит делитель 1 напряжения, ключи 2-5, дифференцирующие цепи б и 7, генератор 8 прямоугольных импульсов, инвертор 9, делитель 10 частоты повторения импульсов, ограничители 11 и 12, элементы И 13-20, триггеры 21 и 22 и сумматор 23 по модулю два. Устройство работает следующим образом. Входное напряжение поступает на информационный вход ключа 2, который управляется симметричными импульсами, снимаемыми с первого выхода делителя 10. Входным сигналом этого делителя служит импульсное напряжение, поступающее через инвертор 9 от генератора 8 импульсов. Таким образом, выходным напряжением ключа 2 являются прямоугольные -импульсы с амплитудой, равной входному напряжению Од,. Выходные импульсы ключа 2 поступают на дифференцирующую цепь б, которая формирует симметричную относительно нулевого уровня функцию напряжения, -изменяющуюся во времени по экспоненциальному закону, Резистивный делитель 1 напряжения является входным блоком относительно напряжения . Коэффициент деления этого делителя постоянный и устанавливается равным отношению максимальное значение выходной функции напряжения установившегося процесса дифференцирующей цепи б. Напряжения делителя 1 напряжений и дифференцирующей цепи б поступают на сигнальные входы соответствующих ключей 3 и 4, которые управляются {шпульсами генератора В и инвертора 9 . Ввиду того, что выходы ключей 3 .и 4 объединены между собой, входным сигналом ограничителя 11 является поочередная коммутация выходного напряжения дифференцирующей цепи б и уровня напряжения, пропорционального входному сигналу. Входным элементом ограничителя 11 является конденсатор. Постоянная времени RC-цепи, образованной этим конденсатором и входным сопротивлением ограничителя 11, выбирается таким образом, что при минимальном искажении высокочастотных импульсов коммутации ключей 3 и 4 одновременно происходит максимальное подавление низкочастотной огибающей выходного сигнала этих ключей. Выходной сигнал ограничителя 11 представляет собой поочередное следование пачек импульсов, находящихся в противофазе между собой. Моменты сравнения экспоненциально убывающего напряжения дифференцирующей цепи 6 и уровня напряжения делителя 1 напряжений определяется изменением фазы выходного импульсного сигнала ограничителя J11 на 180®. С ограничителя 11 сигнал поступает на вторые входы элементов 1 и 14 И, на первые входы которых подаются соответственно импульсы напряжения генератора 8 и инвертора 9 В результате, такого управления с вы хода элемента 13 И снимаются те импульсы, которые находятся в проме жутке времени от t 2lt/n- до t2 2Sfi ч.СХп g , а с выхода элемента 14 И - импульсы промежутка времени .25(п+1) t, ti2.Xln§f, , где n - номер периода периодических фун ций элементов И; и) - частота повторения периодов этих функций. Выходные сигналы элементов 13 и 14 И подаются соответственно на пер вый и второй входы триггера 21, с выходов которого снимаются импульсн .последовательности с частотой, равной частоте следования импульсов де лителя 10 частоты и длительностями toi-t и Ч Ьа-Ограничитель 12, элементы 15-20 И, триггер 22 и сумматор 23 п модулю два предназначены для выполнения логической операции А-В+В Л с целью формирования импульса коммутации выходного ключа 5. В данном случае функцией А является выходной сигнал делителя 9 частоты повторения импульсов, а функцией В - сигна триггера 21. Совокупность указанных блоков работает следующим образом. Импул сная последовательность ключа 2, соответствующая полярности входного сигнала ч , которая через входной конденсатор, исключающий постоянную составляющую этих импульсов, усиливается до значения, необходимого для срабатывания элементов 15 и 16 Сигналы первого и второго выходо делителя 10 находятся в противофазе между собой. При положительном значений напряжения Urji импульсный сигнал ограничителя 12 синфазен с импульсным сиг налом первого выхода делителя 10 и через элемент 15 И, первый вход которого соединен с перв выходом делителя 10, поступает на первый вход триггера 22, устанавливая его в состояние 1 на первом выходе. Такое состояние триггера 22 позволяет через элемент 17 И импульсному сигналу первого выхода триггера 21, соответствующему функции В, поступат на третий вход сумматора 23, а импульсному сигналу второго выхода, соответстуующему функции В, того же триггера через элемент 20 И на четвертый вход сумматора 23, на первый и второй входы которого подаются соответственно импульсы первого и второго выходов делителя 10 (Функции А и А) . При отрицательном значении напряжения Uij. импульсный сигнал ограничител я 12 синфазен с импульсным сигналом второго выхода делителя 10 и через элемент 16 И, первый вход которого соединен с вторым выходом делителя 10, поступает на второй вход триггера 22, устанавливая его в состояние 1 на втором выходе. Такое состояние триггера 22 позволяет через элемент 19 И импульсному сигналу первого выхода триггера 21, соответствующему в данном, случае функций В, поступать на четвертый вход сумматора 23, а импульсному сигналу второго выхода триггера 22, соответствующему при отрицательном значении напряжения ч. функции В, через элемент 18 И на третий вход сумматора 23, на второй вход которого постоянно поступает сигнал функции А,а на первый - сигнал функции А. Таким образом, с выхода сумматора 23 снимается последовательность импульсов при положительном и отрицательном значении частного от деления напряжений J и и / с длительностью, соответствующей e.iL-t. U Эти импульсы являются управляющи-. и для ключа 5, входным сигналом которого служит функция напряжения дифференцирующей цепи 7, изменяющаяся во времени по экспоненциальному закону, поскольку вход этой цепи соединен с первым выходом делитея ХО. В результате такого управления выхода ключа 5 снимается ограниенная во времени функция напряжеия, изменяющаяся по экспоненте в олярности, соответствующей отношеию знаков входных сигналов. Площадь импульса функции напряения ключа 5 при равенстве постояных времени дифференцирующих цепей и 7 для случая положительного знаения частного отделения входных апряжений определяется как V-f .dt-ги .te.i ЛЯ случая отрицательного значения астного отделения напряжений -г/г H/oJt,и. -К./Ъ-ш, V-J о- « .(-e ), t/a +ren UQ - экстремальное значение

функции напряжений дифференцирующей цепи 22.

-I 7- йс1о

776

Поскольку значение

и, абсолютное значение

s-l -vo;;. ,

Чувствительность и порог чувствительнвсти предлагаемого устройства ограничены коэффициентами усиления ограничителей 11 и 12 и могут быть сделаны весьма низкими, чем может быть достигнута высокая точность измерения частного от деления входных напряжений.

Изобретение позволяет определить отношение напряжений разных знаков, что расширяет диапазон изменения входных сигналЪв, и уменьшает погрешность, обусловленную нестабильностью срабатывания блоков сравнения, что позволяет повысить точность работы.

Формула изобретения

Устройство для деления напряжений, содержащее генератор прямоугольных импульсов, первый триггер, первый ключ, информационный вход которого является nepBfcBvi входом устройства, второй ключ, управляющий вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона изменения входных сигналов и повышения точности, в устройство введены третий и четвертый ключи, второй триггер, первыйи второй ограничители, восемь элементов И, сумматор по модулю два, первая и вторая дифференцирующие цепи, инвертор, делитель частоты повторения импульсов и делитель напряжения,вход которого является вторым входом устройства, а выход - подключен к информационному входу второго ключа, выход генератора прямоугольных импульсов подключен к первому входу первого элемента И и через инвертор - к входу делителя частоты повторения импуль сов, выход инвертора подключен к управляющему входу третьего ключа и

первому входу второго элемента И, выход первого ключа подключен к входу первого ог раничителя и через первую дифференцирующую цепь -к информационному входу третьего ключа, выходы второго и третьего ключей объединены и подключены к входу второго ограничителя, выход которого подключен к- вторым входам первого и второго элементов И, Ъервый выход делителя частоты повторения импульсов подключен к управляющему входу .первого ключа, первому входу третьего элемента И,первому входу сумматора по модулю два и через вторую дифференцирующую цепь к информационному входу четвертого ключа, второй выход делителя частоты повторения импульсов подключен к первому входу четвертого элемента И и второму вход сумматора по модулю два, выход первого ограничителя подключен к вторым входам третьего и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов И подключены к входам первого триггера, выходы третьего и четвертого элементов И подключены к входам второго триггера, первый выход первого триггера подключен к первь1М входам пятого и шестого элементов И, а второй выход первого триггера подключен к первым входам седьмого и восьмого элементов И, первый выход второго триггера подключен к вторым входам пятого и восьмого элементов И, а второй выход второго триггера подключен к вторым входам шестого и седьмого элементов И, выходы пятого и седьмого элементов И объединены и подключены к третьему входу сумматора по модулю два, выходы шестого и восьмого элементов И объединены и подключены к четвертому входу сумматора по модулю два, выход сумматора по модулю два подключен к управляющему входу четвертого ключа, выход которого является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. 1, Патент США 2934274, кл. 324-140, опублик.1957. :

2. США № 316766, кл. 235-195, опублик.1974 (прототип)