Амплитудный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G01R19/04 

(54) АМПЛИТУДНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к иэмеритё ной технике и может быть использова но для измерения переменных сигналов в широком частотном диапазоне при нaличиtI постоянной составляющей. Известны преобразователи амплиту ды переменных сигналов в постоянное напряжение, содержащие диодно-емкостную запоминающую ячейку и называемые в литературе преобразователи закрытым входом . Эти устройства позволяют преобра зовывать амплитудные значения переменных сигналов при наличии постоян ной составляющей (1J. Недостатком данных преобразовате лей является низкая точность преобразователя, обусловленная нелинейностью характеристик диода, и низкое быстродействие, обусловленное необходимостью использования фильтра, что делает невозможным их применение на низких и инфракрасных частотах из-за большого времени переходного процесса. Известен также преобразователь амплитудного значения переменного сигнала на основ.е двух пиковых детекторов. При отрицательной полувол не напряжения работает один пиковый детектор, при полуволне.напряжения работает один пиковый детектор, а при положительной полуволне сигнала - другой {2. Недостатками устройства являются низкая точность преобразования, обусловленная наличием непрерывно работающего переключателя в цепи сое одного из пиковых детекторов, и невозможность использования преобразователя в. случае наличия постоянной составляющей, значение которой превышает с1мплитуду переменной составляющей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь амплитудного значения в постоянное напряжение, содержащий два пиковых детектора, параллельно диодам KOTojxjx включены дифференциёшьные усилители, запоминающие конденсаторы, подключенные через ключевые элементы к выходам соответствующих пиковых детекторов, а также ключевые элементы, переключающие конденсатора типовых детекторов из режима запоминания в режим слежения 3. Недостатком устройства является низкая точность и узкий частотный

диапазон. Низкая точность определения влиянием дифференциальных усилителей на процесс зарядки конденсаторов типовых детекторов, наличием ключевых элементов в цепях заряда запоминающих конденсаторов г а также погрешностью, возникающей при перезарядке конденсаторов типовых детекторов и запоминающих конденсаторов.

Узкий ..частотный ...диапазон устроства определяется тем, что типовые детекторы работают в режиме слежения. .

Целью изобретения является .повышение точности и расширение частотт .ности диапазона амплитудного преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в амплитудный преобразователь, содержащий два пиковых детектора, два ключа и дифференциальный усилитель, введены аналоговый сумматор, усилитель-ограничитель, источник смещающего напряжения, две ди.одные ячейки, три элемента И, два триггера, генератор тактовых импульсов, формирователь и блок управления, причем первый вход аналогового сумматора соединен с входной клеммой устройства и входом усилителя-ограничителя, второй вход аналогового сумматора подключен к- выходам первого и второго ключей, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами источника смещающего напряжения, а управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к первсму и второму выходам блока управления, выход аналогового сумматора соединен с входом первого пикового детектора и одним из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход его соединен с входом пикового детектора, выход второго пикового детектора соединен с выходной клеммой устройства, управляющие входы обоих пиковых детекторов подключены к третьему выходу блока управления, выход усилителя-ограничителя соадинен. с входами первой и второй диодных ячеек, выход первой из которых соединен с одним из входов первого элемента И, а выход второй диодной ячейки через формирователь соединен с Одним из входов второго элемента И,вторые входы обоих элементов И подключены к четвертому выходу блока управления, выходы первого и вто рого элемента К подключены соответственно к входам установки i первого и второго триггеров, входы установки О которых подключены к пятому выходу блойа управления,

выходы обоих триггеров соединены соответственнр с первым и вторым входами третьего элемента И и шестым и седьмым входами блока управления, выход третьего элемента И подключен

к восьмому входу блока управления, к девятому .входу которого подключен выход генератора тактовых импульсов.

Схема устройства приведена на чертеже. Устройство содержит аналоговый сумматор 1, усилитель-тограничитель 2, йервый 3 и второй 4 ключи, источник 5 смещающего напряжения блок 6 управленияJпервый 7 и второй

5 & пиковые детекторы, дифференциальный усилитель 9, две диодных ячейки 10 и 11, формирователь 12, три элемента И 13 - 15, два триггера 16. и 17 и генератор 18 тактовых импульсов, входы и выходы блока управления соответственно 19-27. ; В данном амплитудном преобразователе первый 7 и второй И пиковые детекторы идентичны.

C Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии кличи пиковых детекторов замкнуты и выходное напряжение пиковых детекторов 7 и 8 равно нулю, ключи 3 и 4 разомкнуты. Генератор 18 тактовых импульсов тактирует работу всего устройства и задает цикла преобразования, который в преобразователе состоит из двух тактов.

5 в первом такте определяется соотношение значений постоянной , и пере меннрй составляющих. Если постоянная составляющая превышает по значению переменную составляющую, то

0 в зависимости от.полярности этой

постоянной составляющей вводится соответствующее .постоянное смещение, так, чтобы сигнал переходил через ноль.

В том; случае, .если постоянная

составляющая не превышает по значению переменную или отсутствует совсем/ т.е. когда входной сигнал

Q переходит через ноль, смещение не вводится.

Допустим, что на входе действует сигнал, -состоящий из синусоидальной

5 U(t) U -sinwt

и постоянной составляющей UQ, причем

: uo Un,,

т.е. входной сигнал находится выше. оси абсцисс и через ноль не переходит. В этом случае на выходе усилителя-ограничителя 2 /формируется постоянное напряжение положительной полярности. Это напряжение через открытую первую 10 диодную ячейку 5 подается на вход первого элемента 13 И, тем самым разрешая прохождение импульса опроса с блока 6 управления на триггер 16. Частота импульсов опроса задается в несколько раз больше частоты входного сигнала чтобы получить минимальное время первого такта.

Триггер 16 перебрасывается в единичное состояние, а блок б управления открывает ключ 4 и на вход сумматора 1 подается отрицательное смещающее напряжение.

Если во входном .сигнале присутствует отрицательная постоянная составляющая, превьаиающая амплитуду переменной составляющей, срабатывает второй триггер 17 и на вход сумматора 1 подключается положительное смещающее напряжение. Формирователь 12 служит для согласования уровней напряжения диодной ячейки 11 элемента 14.

В том случае, если постоянная составляющая не превыдает по значению амплитуду переменного сигнала, т.е. входной сигнал переходит черэз ноль, то на выходе усилителя 2 получим прямоугол.ьные импульсы обеих полярностей и, следовательно, сработают первый 16 и второй 17 триггеры. На вход третьего элемента 15 И

единичоказываются подключенными

ные потенциалы

схема срабать1ваег

и выдает сигнал Запрет на блок 6 управления, включение смещающего напряжения не происходит-.

Во втором такте по команде с-блока 6 управления разь лкаются ключи первого 7 и второго 8 пиковых детекторов..

Пусть входной сигнал состоит из переменной синусоидальной составляющей

U(t)

Urp- sin wt

и постоянной составляющей UQ , значение которой не превышает амплитуду переменной составляющей. В этом случае напряжение смещения не подается.

Первый 7 пиковый детектор заряжается до максимального положительного значения входного сигнала, это напряжение подается на один из входов дифференциального усилителя 9, на второй вход которого подаётся непосредственно сам входной сигнал с выхода сумматора. На выходе дифференциального усилителя 9 получаем сигнал, состоящий из с нусоидальной составляющей той же частоты, по сдвинутой по фазе на Л/2, и постоянной составляющей, значение которой, равно амплитуде синусоидальной составляющей, т.е. сигнал оказывается весь выше оси абдцисс и касается ее только в точках нижних экстремумрв.. В результате второй 8 пиковый детектор заряжается до удвоенной ампли- туды синусоидальной составляющей

ивых 2U.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовывать

амплитуду переменной составляющей в постоянное напряжение при нгшичии постоянной составляющей любой полярности и даже превышающей по значению переменную составляющую. В данной схеме дрейф- нуля первого пикового детектора и сумматор-а также не оказывает влияния на результат преобразования.

Точность преобразования определяется в основном погрешностью запоминания пиковых детекторов.

Данный преобразователь может ра ботать в широком частотном диапазоне, начиная от инфранизких частот

и кончая высокими частотами. Частотный диапазон ограничивается только частотными свойствами используемых элементов.

-По- сравнению с известным предлагаемое устройство имеет более высокую точность, так как в цепи преобразования сигнала нет ключей и отсутствует процесс перезаряда емкостей. В преобразователе заряд

конденсатора может осуществляться в течение нескольких периодов сигнала, пока напряжение на нем не достигнет максимального значения.

Таким образом, введение в известное устройство новых узлов и связей позволило повысить точность преобразования и расширить частотный диапазон.

40

Формула изобретения

Амплитудный преобразователь, содержащий два пиковых детектора, дв.а

ключа и дифференциальный усилительj отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него введены аналоговый сумматор, усилитель-ограничитель, источник смещающего напряжения, две диодные ячейки, три элемента И, два триггера-, генератор тактовых импульсов, формирователь и блок управления,

причем первый йход аналогового сумматора соединен с входной клеммой устройства и входом усилителя-ограничителя, второй вход аналогового сумматора подключен,к выходам первого и второго ключей, входы которых соединены соответственно с первым и вторым вых&дами источника смещающего напряжения, а управляющие входы первого и второго ключей подключены соответственно к первому и второму

выходам блока управления, выход аналогояого сумматора соединен с входо первого пийового детектора и одним из входов дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого пикового , ;детектора, а выход соеди ен с входом второго пикового детектора, выход второго пикового детектора соединен с выходной клеммой устройства, управляюище входы обоих пиковых детекторов, подключены к третьему выходу блока управления, выход усилителя-ограничителя соединен с входами первой и второй диодных ячеек, выход первой из которых соединен с одним из входов первого элемента И, а выход второй Диодной ячейки через формирователь соединен с одним из входов второго элемента И, вторые входы обоих элементов И подключены к четвертому выходу блока управления, выходы первого и второго элементов И подключены соответственно

к входам установки

1 первого и второго триггеров. входы установки О которых подключены к пятому выходу блока управления, выходы обоих триггеров соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента И и iшестым и седьмш4 входами узла управления, выход третьего элемента И подключен к восьмому входу блока управления, к девятому входу которого подключен выход генератора тактовых импульсов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Петребенко К.А. Компенсационные схемы амплитудных вольтметров и указателей экстремума. М., Энер1967, с. 9-10.

гия

3.Авторское свидетельство СССР 61,6595, кл. G 01 R 10/04.