PL44162B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 10 lutego 1961 r. ^?^ flo3k izflf, ** o BIBLIOTEKA! grzedo t atenlowefol POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44162 Politechnika Warszawska*) (Katedra Automatyki i Telemechaniki) Warszawa, Polska KI. 42 d, 1/01 Przetwornik analogowo-dyskretny Patent trwa od dnia 7 lipca 1960 r.Przedmiotem wynalazku jest przetwornik analogowo-dyskretny, pozwalajacy zamieniac ciagla wartosc elektryczna na dyskretna.Znane przetworniki analogowo-dyskretne sto¬ sowane do woltomierzy cyfrowych, w których wartosc ciagla jest zamieniana na dyskretna, sa oparte na zasadzie dziiaiania serwome¬ chanizmu przekaznikowego. Tego typu urza¬ dzenia maja waski zakres zastosowania, ogra¬ niczony do pomiarów przebiegów stosunkowo wolnozmiennych, poniewaz górna czestotliwosc pomiaru jest ograniczona mechaniczna bezwlad¬ noscia ukladu. Znana zasada dzialania wolto¬ mierza cyfrowego nie moze byc wyzyskana .do budowy przetworników analogowo-dyskret- nych wspólpracujacych z szybko dzialajacymi matematycznymi maszynami analogowymi, w których wystepuja czestotliwosci rzedu kil¬ kuset herców. Potrzeba zastosowania przetwor- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa mgr inz. Andrzej Stem- pien i mgr inz. Zbigniew Szoplinski. nika zmieniajacego wartosc ciagla na dyskretna wystepuje jednak niejednokrotnie wlasnie w analogowych modelach ukladów automatycz¬ nej regulacji sterowanych cyfrowo.W odróznieniu od znanych ukladów prze¬ twornik analogowo-dyskretny wedlug wynalaz¬ ku jest oipairty wylacznie ma zasadzie elektrycz¬ nej. Istota wynalazku polega na zastosowaniu w przetworniku analogowo -dyskretnym wlacz¬ ników elektronicznych jako pbdstawowych ele¬ mentów skladowych przetwornika.Na rysunku przedstawiono przyklad wyko¬ nania przetwornika analogowo-dyskretnego we¬ dlug wynalazku. Fig. 1 przedstawia charakte¬ rystyki przetwornika, fig. 2 — schemat pod¬ stawowego elementu przetwornika wedlug wy¬ nalazku, fig. 3 — schemat blokowy przetwor¬ nika, fig. 4 — charakterystyki pradowe pod¬ stawowych ukladów przetwornika, fig. 5 — charakterystyke pradowa przetwornika analo¬ gowo-dyskretnego wedlug wynalazku i fig. 6 - pelny schemat blokowy przetwornika.Uklad wedlug wynalazku pozwala na otrzy¬ manie przetwornika analogowo-dyskretnego o charakterystykach, przedstawionych na fig. 1.UlJByte& ^przedstawiony na fig. 2 sklada sie z trzechiczesci, a mianowicie I, II i III.Czesc I, od wejscia do punktu A, stanowi obwód analizujacy wartosc napiecia wejscio¬ wego. - Potencjal w punkcie A mozna okreslic na¬ stepujacym równaniem: UA=Ew. - Ewe — E odn K1 + R2 Ri.= = Ewe(R,+H« ) + Eod"#(lli + Ri ) We wzorach nie uwzgledniono opornosci po^ tencjometru P; mozna ja dolaczyc do oporu R2.Czesc II ukladu jest wzmacniaczem pradu stalego. Zakres liniowej pracy wzmacniacza lezy w przedziale napiecia wyjsciowego (punkt B). Poza tym zakresem wzmacniacz staje sie nasycony. Do sygnalizacji zmiany wartosci na¬ piecia wyjsciowego sluzy neonówka.Czesc III ukladu stanowi wlasciwy wlacznik diodowy, sterowany napieciem wyjsciowym wzmacniacza pradu stalego. Gdy napiecie w punkcie B jest dodatnie, dioda germanowa przewodzi, potencjal punktu C jest wiec bliski zera Uc = UB • Tdl R3 H~ Tdl gdzie rai J«st opornoscia diody germanowej.Poniewaz punkt Z jest na potencjale masy, zatem prad wyjsciowy i jest okreslony naste¬ pujacym równaniem: U2 Ur 1 = + RS + I d2 R-4 + Td2 • gdzie fd2 J^ opornoscia diody prózniowej.Opór R5 sklada sie z opornika stalego i po¬ tencjometru P, sluzacego do regulowania pra¬ du wyjsciowego. Gdy napiecie w punkcie B jest dostatecznie ujemne, wówczas dioda ger¬ manowa przestaje przewodzic. Potencjal pun¬ ktu D jest wówczas w przyblizeniu okreslony nastepujacym równaniem: ^="¦-'"¦-»•'•,,,+£+,,.Gdy napiecie Up osiagnie warotosc ujemna, dioda prózniowa przestaje przewodzic, a prad Uc = U2 - (U2 - UB ) • wyjsciowy jest równy zeru. Dioda germanowa zaczyna przewodzic, gdy napiecie punktu C staje sie dodatnie. Napiecie w punkcie C (gdy dioda nie przewodzi) w przyblizeniu wynosi: R3+R4+R5 Do przelaczenia wlacznika diodowego konieczna jest zmiana napiecia Ub = Ubi — Ub2 W szczególnym przykladzie wykonania ukla¬ du wedlug wynalazku zastosowano w czesci II dwustopniowy wzmacniacz pradu stalego o wzmocnieniu k = 500 Y^g^jrzy czym okres ¦*liniowej pracy wzmacniac^^£al w przedziale napiecia wyjsciowego od —115 V do +45 V.W czesci III potencjal punktu C wynosil Uc = 0*25, gdy napiecie w punkcie B bylo do¬ datnie, a dioda germanowa przewodzila. Prad wyjsciowy i ukladu wynosil: i = 0,099 m A + ÓJOOl m A = 0,1 m A Dioda germanowa przestawala przewodzic, gdy napiecie U p osiagalo wartosc — IV, wó¬ wczas prad wyjsciowy i = 0.Do przelaczenia wlacznika diodowego byla konieczna zmiana napiecia UA 22,7 V 500 = 0,045 V.Stad niezbedna zmiana napiecia Eu,e wynosila: UA Ewe = U,68 = 0,067 V.Doswiadczenie potwierdzilo te wartosc, ponie¬ waz przerzut nastepuje dla Ewe ^ c»* v- Wlaczniki elektroniczne o ukladzie wedlug fig. 2 stanowia podstawowe elementy ukladu przetwornika, przedstawionego na lig. 3.Przetwornik sklada sie z n wlaczników pod¬ stawowych, polaczonych równolegle. Jedna grupai wlaczników (od 1 do —) pracuje dla napiec wejsciowych dodatnich (E0dn = — k • Uj gdzie O^ k: ! 1). Druga grupa —pozostalych L wlaczników (od— + 1 do n) pracuje dla napiec wejsciowych ujemnych (E0dn = k * ui fidzte O^Sk^l). Napiecie, przy którym nastepuje przelaczenie, mozna ustawic dowolnie w gra¬ nicach O ^Ewe^ + ui za pomoca potencjame- Pn trów Pj dla — pierwszych wlaczników - 2 -ora*, w. granicach .— Ut ^Ewe^ O za ponioca potencjometrów P P„ dla pozostalych wlacz- '* ¦ • ników. Ksztalt pradu i pojedynczego wlacznika w funkcji napieciaEwe 1^ Pódsuiy na fig. 4, Ksztalt pradu wypadkowego „i" w funkcji na¬ piecia Ewecale€° przetwornika 4*a pewnych na¬ stawien potencjometrów np. PJ.....10 jest po¬ dany na fig. 5.Przetwornik analogowo - dyskretny wedlug wynalazku zastosowany do matematycznej ma¬ szyny analogowej w celu zamiany wartosci ciaglej na dyskretna jest wlaczony w ukladzie wedlug fig: 6. Po zalaczeniu przetwornika na wejscie wzmacniacza operacyjnego otrzymuje sie dyskretny przebieg napiecia wyjsciowego w funkcji ciaglego napiecia wejsciowego. Otrzy¬ mane przebiegi zarówno pod wzgledem- jako¬ sciowym, jak i ilosciowym w pelni potwier¬ dzily obliczenia teoretyczne. Latwosc regulacji punktów pracy „schodków" i ich amplitud umozliwiaja elastyczna prace przetwornika.Nalezy zaznaczyc, ze przetwornik wedlug wy¬ nalazku jest bezinercyjny.W rozwazanym wyzej przykladzie wykonania dokladnosc przetwornika byla równa -^— • 100 = = 0,2% (dla pelnej skali napieciowej + 50 V).Przetwornik analogowo - dyskretny, wedlug wynalazku, wlaczony do matematycznej ma¬ szyny analogowej w ukladzie przedstawionym na fig. 6 na wejscie wzmacniacza operacyjne¬ go, dziala w sposób opisany ponizej.Napiecie wejsciowe E wt zmieniajace sie w spo¬ sób ciagly jest przylozone na wejscia wzmac¬ niaczy pradu stalego wszystkich wlaczników diodowych, jak widac na schemacie wedlug fig. 3. Niech w danej chwili wartosc napiecia Ewewynosi + 0,2 Vjak zaznaczono na wykresie wedlug fig. 4. Beda - wówczas czynne tylko 2 wlaczniki oznaczone numerami — i -L —i po- ,22 niewaz ujemne napiecie odniesienia-Eodn jest tak nastawione na potencjometrach Pjr i £n_—1 2 2~ ze napiecie wyjsciowe odpowiednich wzmacnia¬ czy w punkcie B jest jeszcze dodatnie. Diody germanowe tych dwóch wlaczników przewodza, gdyz pozostaja pod napieciem dodatnim i wo¬ bec tego potencjaly punktu C sa zblizone do potencjalu masy. W tym stanie ukladu elek¬ trycznego przewodza równiez diody prózniowe pobudzonych wlaczników, tak iz prad w pun¬ kcie 2 ukladu bedzie suma pradów oW diod.Inne wlaczniki pozostaja nieczynne, 'dopóki na¬ piecie wejsciowe nie wzrosnie do wartosci wy¬ starczajacej do wywolania przerzutu nastepnego wlacznika. W ten sposób wartosc prafclu wyj¬ sciowego zmienia sie skokami przy( ciaglej zmianie wartosci napiecia wejsciowegb. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Praetwoamk analogowo-dyskretny w szcze¬ gólnosci do zmiany wartosci ciaglych na dy¬ skretne w maszynach matematycznych lub przyrzadach pomiarowych, znamienny tym, # ze posiada wlaczniki elektryczne, których obwody wejsciowe (I), zawierajace potencjo¬ metry do nastawiania potencjalu odniesie¬ nia, sa polaczone poprzez wzmacniacz pradu stalego (II) z ukladem (III), posiadajacym diode pólprzewodnikowa i diode prózniowa, która przewodzi prad tylko wtedy, gdy przewodzi dioda pólprzewodnikowa wsku¬ tek wystapienia dodatniego napiecia na wyjscia wzmacniacza.

2. Przetwornik analogowo-dyskretny wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jedna elektro- da diody pólprzewodnikowe} jest polaczona z masa, druga zas elektroda jest polaczona poprzez odpowiednio dobrane oporniki z wyjscjefri wzmacniacza i z anoda diody prózniowej, która jest polaczona poprzez opornik i pctencjomierz ze zródlem napie¬ cia dodatniego.

3. Przetwornik analogowo-dyskretny wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze dioda pól- przewodniikowa jest dioda germanowa.

4. Przetwornik analogowo-dyskretny wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze wlaczniki elektroniczne polaczone równolegle tworza dwie grupy, z których jedna ma napiecia odniesienia przystosowane dla napjec wej¬ sciowych dodatnich, druga zas — dla ujem¬ nych. Politechnika Warszawska (Katedra Automatyki i Telemechaniki) Zastepca: mgr inz. Henryk Dziatlik rzecznik patentowyDo opisu patentowego nr 44162 r/g f mC HJt3 i z Fig. 2 2" " Fig. 4 /-# * so '*,,& Fig. 5 2455. RSW „Prasa", Kielce BIBLIOTEKA! Urr- PL