Opublikowano: 30.XIL1969 59044 MKPWr llBLlOrEKA Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Andrzej Bytnar, mgr inz. Andrzej Marusak, dr inz. Jerzy Przybysz Wlasciciel patentu: Instytut Energetyki, Warszawa (Polska) Przetwornik szerokosci impulsów prostokatnych na amplitude przebiegów piloksztaltnych Przedmiotem wynalazku jest przetwornik szero¬ kosci impulsów prostokatnych na amplitude prze¬ biegów piloksztaltnych. Uklad ten sluzy do prze¬ twarzania szerokosci impulsów prostokatnych na amplitude przebiegów piloksztaltnych, który ' w szczególnosci moze byc wykorzystany jako bez- inercyjne wyjscie oscylograficzne w ukladzie do \ ciaglego pomiaru i rejestracji kata obciazenia ma¬ szyn synchronicznych.Znane sa uklady przetwarzajace impulsy pro¬ stokatne w impulsy piloksztaltne o amplitudzie proporcjonalnej do szerokosci impulsów przetwa¬ rzanych, których podstawa znajduje sie zawsze na tym samym poziomie odniesienia. Dzialanie tych ukladów polega na calkowaniu impulsów pro¬ stokatnych w *czasie ich trwania, co odpowiada czasowi narastania impulsu piloksztaltnego i szyb¬ kim powrocie do stanu wyjsciowego, to znaczy skasowaniu wartosci calki, po zakonczeniu impul¬ su prostokatnego. Powrót musi byc tym szybszy, im krótsza jest przerwa miedzy kolejnymi impul¬ sami prostokatnymi tak, aby po nadejsciu kolej¬ nego impulsu prostokatnego uklad mógl go cal¬ kowac z poziomu odniesienia.Impulsy piloksztaltne moga byc rejestrowane na tasmie oscylografu lub obserwowane na ekranie oscyloskopu. W przypadku idealnego calkowania wysokosc impulsów piloksztaltnych jest proporcjo¬ nalna do szerokosci przetworzonych impulsów prostokatnych, zatem obwiednia zarejestrowanego przebiegu piloksztaltnego jest wówczas nie znie¬ ksztalconym obrazem przebiegu szerokosci impul¬ sów prostokatnych w czasie.Dotychczas w charakterze takich przetworników 5 stosowano tranzystorowe integratory Millera o skróconym czasie powrotu.Dokladnosc calkowania integratora Millera jest tym wieksza im krótszy jest czas narastania, im wieksza jest wartosc pojemnosci i mniejsza uply- 10 wnosc kondensatora calkujacego i im wieksza jest rezystancja opornika wlaczonego w obwód kolek¬ tora tranzystora wzmacniajacego. Z tego wzgledu integratory Millera mozna stosowac do przetwa¬ rzania szerokosci impulsów prostokatnych o cza- 15 sie trwania rzedu kilkuset mikrosekund, co odpo¬ wiada czestotliwosci rzedu kiloherców. Ponadto przy takich czasach narastania czas powrotu jest zbyt dlugi i pozwala przetwarzac szerokosci im¬ pulsów prostokatnych o wypelnieniach nie wiek- 20 szych od 90%.W technice istnieje koniecznosc przetwarzania szerokosci impulsów prostokatnych równiez o ma¬ lych czestotliwosciach rzedu 50 Hz i wypelnie¬ niach dochodzacych do 100%. Do tego celu nie moga byc stosowane integratory Millera, gdyz dla zapewnienia dokladnosci calkowania 1% przy cza¬ sie narastania np. 20 ms kondensator calkujacy musialby miec pojemnosc rzedu 100 /*F, a przy ta¬ kiej pojemnosci mialby duza uplywnosc, a wiec ó0 blad calkowania w rzeczywistosci bylby duzo wiek- 5904459044 szy od wartosci zalozonej. W tej sytuacji do mie¬ rzenia czasu trwania impulsów o malych czesto¬ tliwosciach i duzych wypelnieniach nalezaloby stosowac jedynie falomierze, które sa urzadzenia¬ mi rozbudowanymi, a rejestracja 'mierzonej" war¬ tosci musi byc dokonywana w postaci cyfrowej na szybkiej drukarce.Celem wynalazku jest pozbycie sie wad omó¬ wionych wyzej urzadzen.Zadaniem wynalazku jest stworzenie odpowied¬ niego ukladu elektronicznego przeznaczonego do osiagniecia tego celu.Cel ten zostal osiagniety przez polaczenie tran¬ zystorowego wzmacniacza odwracajacego faze, o duzym wzmocnieniu, malej opornosci wyjsciowej i duzej opornosci wejsciowej z czlonem wejsciowym obcinajacym i stabilizujacym amplitude impulsów prostokatnych, 'za posrednictwem nieliniowej opor¬ nosci, przy czym wzmacniacz posiada kondensator .w petli .sprzezenia zwrotnego, a nieliniowa opornosc sklada sie z diody Zenera polaczonej równolegle z opornikiem tak, ze dla dodatnich impulsów wej¬ sciowych rezystancja nieliniowej opornosci jest w przyblizeniu równa zero, a; dla impulsów ujem¬ nych jest równa rezystancji opornika.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad polaczen prze¬ twornika szerokosci impulsów ' prostokatnych na amplitude przebiegów piloksztaltnych, fig. 2 przed¬ stawia przykladowy przebieg napiecia wejsciowe¬ go, fig. 3 odpowiadajacy mu przebieg napiecia na wyjsciu czlonu wejisciowego, a fiig. 4 przedstawia przebieg piloksztaltnego napiecia wyjsciowego.Napiecie wejsciowe V1 w postaci fali prosto¬ katnej o zmiennym wypelnieniu jest obcinane i stabilizowane w czlonie wejsciowym S, na wyjsciu którego otrzymujemy napiecie prosto¬ katne U2, przy czym amplituda At jest stabilizo¬ wana i jest duzo wieksza od amplitudy A2 (fig 1, 2 i 3). ' Dla ujemnych wartosci napiecia U2 dioda Dx jest zatkana i rezystancja nieliniowej opornosci Z jest duza i równa rezystancji opornika Rl.Czlon wzmacniajacy W wzmacnia to napiecie lecz na skutek istnienia silnego ujemnego sprze¬ zenia zwrotnego poprzez kondensator C napie¬ cie U3 na wyjsciu czlonu wzmacniajacego nie jest prostokatne, lecz narasta liniowo (fig. 4). W przypadku, jesli czlon wzmacniajacy ma duze wzmocnienie i duza opornosc wejsciowa, ujem¬ ne prostokaty napiecia U2 sa calkowane i mozna wyprowadzic zaleznosc, ze w czasie ich trwa¬ nia napiecie wyjsciowe: t U8(t) = K J Ai • dt=K • Ax • t—U0, nt0 dla n = 0, 1, 2,... gdzie: t0 — chwila poczatkowa impulsu ujem¬ nego, t — czas narastania, jesli przyjmiemy t0=0, U0 — wartosc napiecia poziomu odnie¬ sienia (fig. 4), K — stala zalezna od doboru elemen¬ tów ukladu i wyraza sie wzorem K = R3 Rl -C(R2 + R3) przy czym K . At = tg a, gdzie- a' ^- -kajt nara¬ stania wyjsciowej impulsu piloksztainego. 5 Dla dodatnich wartosci napiecia U2 dioda Dl przewodzi i rezystancja nieliniowej opornosci Z jest bliska - zeru. Dodatnie napiecie na wejsciu powoduje zatykanie czlonu wzmacniajacego W.Czas trwania procesu zatykania wzmacniacza io odpowiadajacy czasowi. powrotu impulsu pilo¬ ksztaltnego do poziomu odniesienia U0 zalezy od czasu ladowania kondensatora C w petli sprzezenia zwrotnego czlonu wzmacniajacego W.Dzieki bardzo malej opornosci wyjsciowej czlonu 15 wzmacniajacego W i bliskiej zeru opornosci prze¬ wodzenia diody Dj w ; obwodzie opornosci nie¬ liniowej Z i diody obcinajacej D2 w czlonie wejsciowym S, a takze malej pojemnosci kon¬ densatora C, czas powrotu impulsu piloksztaltne- 20 go do poziomu odniesienia jest^ bardzo maly.Praktycznie mozna przyjac, ze powrót ten na¬ stepuje natychmiastowo zwlaszcza, ze w prak¬ tyce dla uzyskania kata narastania a ^ 45° przy czestotliwosci impulsów rzedu 50 Hz kondensa- 25 tor C ma mala pojemnosc rzedu. 10_8F.W efekcie opisanego dzialania przetwornika napiecie wyjsciowe U3 ma przebieg piloksztalt- ny, a amplituda jego impulsów jest proporcjo¬ nalna do szerokosci przetwarzanych impulsów 30 wejsciowych.Czlon wzmacniajacy W sklada sie ze wzmac- , ftiacza, na którego wyjsciu jest wlaczony wtór¬ nik emiterowy. Wzmacniacz zbudowany na tran¬ zystorach Tl i T2 posiada duza opornosc wej- 3g sciowa i daje duze wzmocnienie. Natomiast wtór¬ nik emiterowy jest zbudowany na tranzystorze T3 oraz opornikach R2 i R3 i daje mala opor¬ nosc wyjsciowa ukladu.Jakosc calkowania impulsów ujemnych jest w tym ukladzie bardzo wysoka, gdyz dla czasów narastania rzedu 0,1 sek, nie zaobserwowano odchylen czola napiecia wyjsciowego od linii prostej. Przy czasach narastania rzedu 1 ms, czas powrotu jest rzedu mikrosekund, a wiec bardzo maly. 45 PL