RU160870U1 - Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения - Google Patents

Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU160870U1
RU160870U1 RU2015152000/08U RU2015152000U RU160870U1 RU 160870 U1 RU160870 U1 RU 160870U1 RU 2015152000/08 U RU2015152000/08 U RU 2015152000/08U RU 2015152000 U RU2015152000 U RU 2015152000U RU 160870 U1 RU160870 U1 RU 160870U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
key
resistor
inverting input
Prior art date
Application number
RU2015152000/08U
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Мария Сергеевна Жаворонкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Priority to RU2015152000/08U priority Critical patent/RU160870U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU160870U1 publication Critical patent/RU160870U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06G—ANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/19—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
    • G06G7/1907—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions using charge transfer devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02—Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02—Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • G11C27/026—Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element associated with an amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/002—Switching arrangements with several input- or output terminals
    • H03K17/005—Switching arrangements with several input- or output terminals with several inputs only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/023—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of differential amplifiers or comparators, with internal or external positive feedback
    • H03K3/0233—Bistable circuits
    • H03K3/02335—Bistable circuits provided with means for increasing reliability; for protection; for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied; for storing the actual state when the supply voltage fails
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K9/00—Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L5/00—Automatic control of voltage, current, or power

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения, содержащее: операционный усилитель (ОУ); генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через формирователь импульсов соединен с входом установки в единичное состояние триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с выходом компаратора; выход триггера соединен со входом управления первого ключа; источник входного напряжения, через первый резистор и первый ключ, соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, отличающееся тем, что в устройство введены второй, третий и четвертый резисторы, буферный повторитель на ОУ, причем первый вывод второго резистора соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, вторым выводом первого ключа и неинвертирующим входом ОУ; второй вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом буферного повторителя на ОУ, выходом ОУ и, через четвертый резистор, с инвертирующим входом ОУ и вторым выводом третьего резистора, первый вывод которого заземлен; инвертирующий вход компаратора соединен с источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом устройства, выходом буферного повторителя на ОУ и его инвертирующим входом; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для формирования выборок мгновенного значения напряжения.
Уровень техники
Известно устройство выборки и хранения, содержащие аналоговый ключ, два операционных усилителя, конденсатор хранения, резистор цепи обратной связи, резистор ограничения, два встречно включенных диода (Жаворонкова М.С., Бондарь С.Н. Разработка быстродействующего устройства выборки и хранения повышенной точности // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве: сб. науч. тр. по материалам 75-й научно-практической конференции электроэнергетического факультета СтГАУ. - Ставрополь: АГРУС, 2011. С. 102, рис. 3). Особенностью данного устройства является выполнение условия:
Figure 00000002
где τстр - интервал стробирования (выборки);
τз - время заряда запоминающего конденсатора.
Недостатком устройства является возникновение погрешности выборки аналогового напряжения, обусловленной тем, что за интервал стробирования (выборки) входное напряжение меняется, что приводит к неоднозначности определения выходного напряжения (в пределах Δu (фиг. 1)), поскольку оно зависит от времени стробирования. Причем отмеченная погрешность является принципиально неустранимой в силу выполнения условия (1).
Известно устройство выборки и хранения содержащее неинвертирующий усилитель напряжения, вход которого одновременно является информационным входом устройства выборки и хранения и вторым входом схемы сравнения, первый вход которой соединен с выходом повторителя на операционном усилителе и выходом устройства выборки и хранения; выход схемы сравнения подключен к S-входу триггера, R-вход которого служит входом управления устройства выборки и хранения; выход триггера подключен к входу управления аналогового ключа, вход которого соединен с выходом не-инвертирующего усилителя напряжения, а выход подключен к входам конденсатора хранения и повторителя на операционном усилителе; схема сравнения содержит два компаратора и схему ИЛИ-НЕ, входы которой являются выходами компараторов, а выход служит выходом схемы сравнения; разноименные входы компараторов соединены между собой и со входами схемы сравнения (патент RU 63623, МПК H03K 17/60).
Недостатком устройства является низкая точность запоминания величины напряжения входного сигнала.
Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения (патент RU 2230376, МПК G11C 27/02).
Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения содержит операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого заземлен, а инвертирующий вход через первый ключ и резистор соединен с источником входного напряжения, причем в цепи отрицательной обратной связи ОУ включен запоминающий конденсатор, параллельно которому включен второй ключ, а выходом устройства является выход ОУ, который через аналоговый инвертор подключен к неинвертирующему входу компаратора, инвертирующий вход которого соединен с источником входного напряжения, а выход - с входом установки в нулевое состояние триггера, выход последнего соединен с входом управления первого ключа, а вход установки в единичное состояние триггера, через формирователь импульсов, соединен с выходом генератора тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа.
Таким образом, в прототипе, запоминание выборки мгновенного значения напряжения осуществляется инвертирующим интегратором (выполненным с использованием ОУ, резистора сопротивлением R и запоминающего конденсатора емкостью Q, с частотной характеристикой (2)
Figure 00000003
и напряжение на выходе устройства, в момент времени завершения выборки, определяемое выражением (3)
Figure 00000004
Эффективное время хранения (время хранения Δtхранения в течении которого выполняется условие (4)
Figure 00000005
где ξ - допустимая ошибка измерения значения напряжения); определяется постоянной разряда интегратора τразр выполненного на базе ОУ и нагруженного на параллельно соединенные входные сопротивления аналогового инвертора Rвх.АИ и нагрузки устройства Rвх.н
Figure 00000006
Figure 00000007
то есть, чем больше τразр, тем больше Δtхранения при заданной ξ.
Так как, согласно прототипа, аналоговый инвертор может быть выполнен по обычной схеме на основе ОУ и двух резисторов (на входе и в цепи отрицательной обратной связи), его входное сопротивление не превысит сотен кОм, единиц МОм и даже без учета влияния входного сопротивления нагрузки Δtхранения будет мало в сравнении с известными устройствами (Волович Г.И., Ежов В.Б. Микросхемы АЦП и ЦАП. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. С. 40, рис. 51, 52).
Недостатками данного устройства являются:
- инверсия полярности сформированной выборки мгновенного значения напряжения входного сигнала;
- большое значение величины времени выборки Δtвыборки;
- влияние сопротивления нагрузки на значение величины эффективного времени хранения Δtхранения.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, заключается в уменьшении значения величины времени выборки и снижении влияния сопротивления нагрузки на значение величины эффективного времени хранения выборки мгновенного значения напряжения с полярностью соответствующей полярности входного сигнала.
Технический результат достигается тем, что в устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения содержащее: ОУ; генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через формирователь импульсов, соединен с входом установки в единичное состояние триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с выходом компаратора; выход триггера соединен со входом управления первого ключа; источник входного напряжения, через первый резистор и первый ключ, соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, введены второй, третий и четвертый резисторы, буферный повторитель на ОУ, причем: первый вывод второго резистора соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, вторым выводом первого ключа и неинвертирующим входом ОУ; второй вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом буферного повторителя на ОУ, выходом ОУ и, через четвертый резистор, с инвертирующим входом ОУ и вторым выводом третьего резистора, первый вывод которого заземлен; инвертирующий вход компаратора соединен с источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом устройства, выходом буферного повторителя на ОУ и его инвертирующим входом; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1, 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
На фиг. 2, приведена функциональная схема устройства для формирования выборки мгновенного значения напряжения.
На фиг. 4, приведена функциональная схема неинвертирующего интегратора выполненная на основе двухполюсника с отрицательным входным сопротивлением.
Осуществление полезной модели
Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения содержит источник входного напряжения 1, ОУ 2, первый ключ 3, первый резистор 4, запоминающий конденсатор 5, второй ключ 6, второй резистор 7, компаратор 8, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 9, логический инвертор 10, формирователь импульсов 11, триггер 12, третий резистор 13, четвертый резистор 14, буферный повторитель на ОУ 15, причем: неинвертирующий вход ОУ 2 соединен, через первый ключ 3 и первый резистор 4, с выходом источника входного напряжения 1 и инвертирующим входом компаратора 8, с первыми выводами второго ключа 6 и запоминающего конденсатора 5, а так же, через второй резистор 7, с неинвертирующим входом буферного повторителя на ОУ 15, выходом ОУ 2 и, через четвертый резистор 14, с инвертирующим входом ОУ 2 и вторым выводом третьего резистора 13, первый вывод которого заземлен; вторые выводы второго ключа 6 и запоминающего конденсатора 5 заземлены; выход генератора тактовых импульсов 9, через логический инвертор 10, подключен к входу управления второго ключа 6, а через формирователь импульсов 11, соединен с входом установки в единичное состояние триггера 12, вход установки в нулевое состояние которого соединен с выходом компаратора 8; выход триггера 12 соединен со входом управления первого ключа 3; неинвертирующий вход компаратора 8 соединен с выходом устройства, выходом буферного повторителя на ОУ 15 и его инвертирующим входом.
Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 3), на которых показаны:
- выходное напряжение u9 ГТИ 9 (фиг. 3а);
- входное напряжение устройства uвх, выходное напряжение u2 ОУ 2, выходное напряжение u15 буферного повторителя на ОУ 15 (фиг. 3б);
- выходное напряжение u10 логического инвертора 10 (фиг. 3в);
- выходное напряжение u8 компаратора 8 (фиг. 3г);
- выходное напряжение u12 триггера 12 (фиг. 3д);
- выходное напряжение u12 формирователя импульсов 11 (фиг. 3е). Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения работает следующим образом.
ГТИ 9 вырабатывает прямоугольные импульсы (фиг. 3а), управляющие работой устройства. Рассмотрим, например, i-й интервал работы устройства, начинающийся в момент времени ti (фиг. 3). Выходное напряжение ГТИ 9 через логический инвертор 10 подается, во-первых, на вход управления второго ключа 6, причем в интервал времени [ti; ti+0,5] это напряжение равно нулю (фиг. 3в), поэтому второй ключ 6 разомкнут, а во-вторых, - на вход формирователя импульсов 11, который формирует короткий импульс (фиг. 3е), устанавливающий триггер 12 в состояние «1» (фиг. 3д), поскольку он подается на вход асинхронной установки триггера в единичное состояние. Этот выходной сигнал триггера 12 подается на вход управления первого ключа 3, который замыкается в момент времени ti.
Входное напряжение uвх (фиг. 3б) с источника входного напряжения 1 (фиг. 2) поступает на неинвертирующий интегратор (фиг. 4), выполненный на основе двухполюсника с отрицательным входным сопротивлением (Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах / под ред. С.Я. Шаца - М.: Сов. радио, 1976, 312 с. С. 158-163, рис. 4.23, рис. 4.24) состоящий из ОУ 2, запоминающего конденсатора 5 и резисторов 4, 7, 13, 14.
В силу необходимости выполнения условия (7)
Figure 00000008
где R(4), R(7), R(13), R(14) - сопротивления резисторов, соответственно, 4, 7, 13 и 14, определяющего режим оптимального функционирования интегратора, его частотная характеристика описывается выражением (8) (Преобразователь отрицательного сопротивления. [Электронный ресурс] html.cgi/txt/doc/op/funop_10_6.htm (дата обращения: 22.09.2015))
Figure 00000009
Выходное напряжение ОУ 2 (а также и буферного повторителя на ОУ 15), на интервале [ti;tвыбj] изменяется в соответствии с выражением (9) (фиг.3б)
Figure 00000010
и подается на компаратор 8, на другой вход которого подается также входное напряжение.
При u2(15)<uвх компаратор 8 находится в состоянии «0» (фиг. 3в) и не влияет на работу триггера 12. В момент времени tвыбi (время выборки) (фиг. 3б),
Figure 00000011
что фиксируется компаратором 8 в виде наличия на его выходе перепада напряжения «0-1», триггер 12 перебрасывается в состояние логического «0» (фиг. 3д), что приводит к отключению первого ключа 3.
В итоге, конденсатор 5 запоминает напряжение, которое равно мгновенному значению входного напряжения в момент времени tвыбi, т.е. производится формирование выборки мгновенного значения. Время хранения равно (ti+0,5-tвыбi) (фиг. 3б), в течение которого можно использовать полученную информацию о значении выборки в соответствии с решаемыми задачами. В течение интервала времени [ti+0,5; ti+1] второй ключ 6 замыкается (на его вход управления поступает единичный сигнал с выхода логического инвертора 10 (фиг. 3в)) и конденсатор 5 разряжается, а в момент времени ti+1 (фиг. 3) начинается следующий цикл.
Таким образом, в случае предлагаемого устройства, с учетом выражений (3) и (9), правомерно утверждение об уменьшении значения времени выборки, а именно:
Figure 00000012
при формировании выборки мгновенного значения напряжения, причем с полярностью, соответствующей полярности входного сигнала.
Так как, в предлагаемом устройстве, нагрузкой интегратора, выполненного на базе ОУ 2, выступает буферный повторитель на ОУ 15, в случае которого справедливо условие
Figure 00000013
где Rвх.БП - входное сопротивление буферного повторителя на ОУ 15, то с учетом выражений (4), (5) и (6), правомерно утверждение
Figure 00000014
Учитывая, что в предлагаемом устройстве, сопротивление нагрузки устройства не оказывает влияния на величину Rвх.БП, правомерно утверждать о формировании выборки мгновенного значения напряжения независимо от сопротивления нагрузки устройства, а значит о снижении влияния сопротивления нагрузки на значение величины эффективного времени хранения выборки мгновенного значения напряжения.

Claims (1)

  1. Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения, содержащее: операционный усилитель (ОУ); генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через формирователь импульсов соединен с входом установки в единичное состояние триггера, вход установки в нулевое состояние которого соединен с выходом компаратора; выход триггера соединен со входом управления первого ключа; источник входного напряжения, через первый резистор и первый ключ, соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, отличающееся тем, что в устройство введены второй, третий и четвертый резисторы, буферный повторитель на ОУ, причем первый вывод второго резистора соединен с первыми выводами второго ключа и запоминающего конденсатора, вторым выводом первого ключа и неинвертирующим входом ОУ; второй вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом буферного повторителя на ОУ, выходом ОУ и, через четвертый резистор, с инвертирующим входом ОУ и вторым выводом третьего резистора, первый вывод которого заземлен; инвертирующий вход компаратора соединен с источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; неинвертирующий вход компаратора соединен с выходом устройства, выходом буферного повторителя на ОУ и его инвертирующим входом; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены.
    Figure 00000001
RU2015152000/08U 2015-12-03 2015-12-03 Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения RU160870U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152000/08U RU160870U1 (ru) 2015-12-03 2015-12-03 Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152000/08U RU160870U1 (ru) 2015-12-03 2015-12-03 Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU160870U1 true RU160870U1 (ru) 2016-04-10

Family

ID=55659697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152000/08U RU160870U1 (ru) 2015-12-03 2015-12-03 Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU160870U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693291C1 (ru) * 2018-06-05 2019-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Устройство выборки и хранения

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2693291C1 (ru) * 2018-06-05 2019-07-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Устройство выборки и хранения

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110163015B (zh) 乘法器电路、对应的设备和方法
RU160870U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
RU164152U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
RU160951U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
KR20140098571A (ko) 정전 용량 측정 방법 및 이를 이용한 정전 터치 스위치
RU155713U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
RU160869U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
RU58825U1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь
Najafi et al. Energy-efficient near-sensor convolution using pulsed unary processing
RU154070U1 (ru) Устройство выборки и хранения
RU158706U1 (ru) Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения
Vestenicky et al. Simple method of photovoltaic panel power characteristic measurement based on Arduino hardware platform
RU154754U1 (ru) Устройство выборки и хранения
CN109889200B (zh) 一种基于频率量化器的电压信号转频率信号的电路
RU157940U1 (ru) Устройство выборки и хранения
RU162372U1 (ru) Микроконтроллерный ацп с использованием переходного процесса в rc-цепи
RU2580039C1 (ru) Устройство выборки и хранения
RU2298872C1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь с управляемой чувствительностью на базе микроконтроллера
RU155555U1 (ru) Аналоговое запоминающее устройство
TW202024649A (zh) 信號週期測量電路與方法
RU164168U1 (ru) Генератор модулированных по частоте прямоугольных импульсов
RU147306U1 (ru) Устройство для измерения активного сопротивления
RU2595487C1 (ru) Устройство выборки и хранения
Hamilton et al. A neuromorphic cross-correlation chip
RU174046U1 (ru) Аналоговое запоминающее устройство

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20161204