Преобразователь напряжение-временной интервал Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

(54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ - ВРЕМЕННОЙ

t2

Изобретение относится к вычислительной технике и может найти приме.нение в различных системах для ввода информации в ЭВМ от аналоговых датчиков.

Преобразователь напряжение - временной интервал, содержащий узлы запуска преобразователя, включающие источник образцового напряжения, масштабирующие усилитель и реле врег.5ени, ко1.тараторы, генераторы образцовых напряжений, формирователи импульсов/. шифратор номера датчика, узел согласования, коммутаторы, выкодной регистр и счетчик времени f l}Недостатками этого устроГгства являются большие аппаратурные затраты, низкие быстродействие и точность, обусловленные дрейфом нуля устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь напряжение - временной интервал, содержащий источник образцового тока, четыре ключа, два резистора,два интегрирующих и два запоминающих конденсатора, четыре операционных усилителя, узел синхронизации, узел преобразования врет-юнных ИНТЕРВАЛ

интервалов в код, генератор тактовых импульсов 2.

Недостатком устройства является ниэкая точность, обусловленная неиделькостью ключей.

Целью изобретения является повышени.е точности преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь напряжение 10временной интервал, содержащий первый пассивный элемент, например первый резистор, первый, второй и третий операционные усилители, первый ключ выход которого соединен с первым

15 интегрирующим элементом, например с одной обкладкой первого конденсатора, первый вход первого ключа соединен с первым входом второго ютюча и является пepвы -1 входом преобразо20вателя, второй ключ , выходкоторого соединен с запоминающим элементом, например}, с одной обкладкой второго конденсатора, а второй вход второго ключа соединен с инвертирующим вхо25дом второго операционного усилителя, выход которого через второй интегрирующий элемент, например третий конденсатор, соединен с своим инвертирующим входом, выход третьего опера30ционного усилителя соединен с выходоп второго ключа и является выходом преобразователя, первый вход третьего ключа является вторым входом преобразователя, введены четвертый, пятый и шестой ключи, второй нагрузочный элемент, например второй резистор, и транзистор, коллектор которого соединен с одной обкладкой второго конденсатора, другаяобкладка icoTOporo является третьим входом преобразователя и соединена с неинвертируюцим входом второго и с инвертирующим входом третьего операционных усилителей, второго операционного усилителя соединен.9 неинвертируюцим входом третьего операционного усилителя, sMiiTTep транзистора через первый резистор подключен к имне нулевого потенциала и соединен с первыми входами первого и четвертого ключей, выход четвертого ключа соединен с другой обкладкой второго конденсатора и с первым входом пятого ключа, второй вход которого соединен и с вторым входом четвертого ключа, выход пятого клю а является четвертым входом преобразователи подключен к неинвертирую дег/гу входу первого операционного усилителя, инвертируюций вход которого подключен к выходу первого Kjno4a, и выход первого операционного усилителя - к базе транзистора, первый вход шестог ключа является пятым входом преобразователя, второй вход шестого ключа соединен с первыг 1 входом третьего ключа, выход подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и через BTopcVi резистор второму входу третьего ключа.

На чертеже изображена схема устройства.

Схема содер;кит транзистор 1, первый и второй пггссивные элементы, например первый и второй резисторы 2 и 3, ключи 4-9, первый, второй и третий операционные усилителя 10-12 первый, второй интегрирующие и запоми 1аю1иий элементы, например конденсаторЕ- 1 13-15.

Устройство работает следующим образом;

Пусть на вход подано напряжение

UxБ г.юмент времени t с приходом

импульса на первый вход преобразователя ключи 8, 4, 5 и 9 замыкаются, а ключи 7 и 6 разм-.псаются. В результате интегральное значение

- Ux-(e.,UcB),

и,.-.

Чт-То), (-1)

ЙлС

Р приведенное ко входу напряжение смещения операционного усилителя 10;

ctнапряжение на конденсаторе 13;

R - сопротивление резистора 2; С - емкость конденсатора 4,

сформированная на конденсаторе 14 за (Т - Т),. в предыдущем такте начнет списываться до нуля.

Последнее вызвано тем, что после замыкания ключа 5 один вывод конденсатора 14 имеет потенциал инвертирующего входа усилителя 11, а последний равен потенциа;гу неинвертирующего входа, который соединен с другим вьшодо;/ конденсатора 14.

В результате конденсатор 14 начне разряжаться до нуля эквивалентным током разряда Зд (с ). Процесс разряда описывается следующим уравнением

U nGr-Ue.) , ,M..,.f- i - и - о)- - - Ci)

о.

.С,-5 С.,

R. Одновременно за счет образования связи через ключ 5 конденсатор 15 начнет заряжаться эквивалентным токо заряда Эд (t), током, обусловленным входным напряжением Uy /Р-л., током . 7.. ОБ источника тока, протекающим {через первый вход ключа 9, током, обусловленным напряжением смещения усилителя 10 e-f/P.ij и током, опцеделяемым напрякеннеи смещения усилителя 11. ,

Таким образом, в течение врег.ени

сформигде Р. - вь.ходное сопротивление ис точника;

С5 - емкость конденсатора 14 . К моменту времени t за счет действия через 4 100%-ной отрицательной обратной связи и связи неинвертирующего входа усилителя 10 -шрез кп.юч 8 с конд енсатором 15 на последнем установится потенциал U

с&

( V

В MorieHT времени t задним фронтом тактового импульса размыкаются 1а1ючи 8, 4 и 5, в результате чего на конденсаторе 14 происходит накопление нового Зс).ряда соответствующего измеряемому напряжению,а конденсатор 15 начнет разряжаться образцовьи - тоВ момент времени t выходОВ

ное напряжение усилителя 11 достигнет нуля. По sTOf.ty признаку усилитель 12 через внешние цепи преобразователя замкнет ключ 5.

Последнее приведет к образованию 100%-ной отрицательной обратной свяэй и тем самым к поддержанию выходнго .напряжения усилителя 11, равным e,j, до прихода очередного тактового иг/тульса.

За интервал времени { ц-t-j.) на конденсаторе 15 сформируется интегральное значение

и -. я:;С)СТк-То) (5). сь

В течение оставшегося времени t.-t-j на конденсаторе 14 сформируется

(6)

v

в момент времени t приходит очередной тактовый импульс, и цикл работы устройства повторяется.

Информативный интервал времени T« можно определить, исходя из следующих соображений.

Процесс форрдирования интегральных значений на конденсаторе 15 хара теризуется равенством нулю их суммы в течение периода преобразования Т, т.е.

(7)

о

V С учетом ( ). - 6 ) из соотношения (7) можно найти выражение для Т, (интервала, сформированного преобразователем)

Т.- х еДУеа

(8)

и OoB-iJ)

Сопротивления замкнутых ключей 4 и 8 входят только в постоянную врмени заряда конденсатора 14 напряжением смещения е .

К моменту окончания тактового импульса на конденсаторе 13 сформи руется напряжение

/ Uc,--e,(H-e

(К17)Сб

Где (R и R ) - сопротивления

замкнутых ключей

4 и 8 соответст BeHHoj

е - основание натурального логарифма.

При выборе ( R,) S.ft

погрешность запоминания конденсатором 15 напряжения смещения е не превысит 0,1%, что меньше чем в известном устройстве и свидетельствует о повышении точности объекта изобретения.

Формула изобретения Преобразователь напряжение - временной интервал, содержащий первый

пассивный элемент, например первый резистор, первый, второй и третий операционные усилители, первый ключ, выход которого соединен с первым интегрирующим элементом , например 5 с одной обкладкой, первого конденсатора, первый вход первого ключа соединен с первым входом второго ключа и является первым входом преобразователя, второй ключ, выход которого

0 соединен с запоминающим элементом, например с одной обкладкой, второго конденсатора, а второй вход второго ключа соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя,

5 выход которого через второй интегрирующий элемент, например третий конденсатор, соединен с своим инвертиРУЮ1ЦИМ входом, выход третьего операционного усилителя соединен с выхоQ дом второго ключа и является выходом преобразователя, первый вход третьего ключа является вторь - входом преобразователя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

i; точности првобразователя, в него введены четвертый, пятый и шестой ключи, второй нагрузочный элемент, например второй резистор,и транзистор, коллектор которого соединен с одной обкладкой второго конденсатора, другая

0 обкладка которого является третьим входом преобразователя и соединена с неинвертирующим входом второго и с инвертирующим входом третьего операционных усилителей, выход второго

5 операционного усилителя соединен с неинзертирующим входом третьего операционного усилителя, эмиттер транзистора через первый резистор подключен к иине нулевого потенциала и

Q соединен с первыми входами первого и четвертого ключей выход четвертого ключа соединен с другой обкладкой второго конденсатора и с первым входом пятого ключа, второй вход ко5 торого соединен с вторым входом

четвертого ключа, выход пятого ключа является четвертым входом преоб. разователя и подключен к неинвертирующему входу первого операционного

0 усилителя, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого ключа, а выход первого операционного усилителя - к базе транзистора, первый вход шестого ключа является пя5 тыг. входом преобразователя, второй вход шестого ключа соелинен с первым входом третьего ключа, а выход подключен к инвертирующег1у входу второго -операционного усилител:ля и через второй резистор - к второму входу третьего ключа.

Источники информатдии, 5 принятые БО внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2666348, кл. G 06 F 3/04, 1979. 2, Авторское свидетельство СССР 860047, кл, G Об F 3/04, 1981 (прототип).