RU160951U1 - DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE - Google Patents

DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE Download PDF

Info

Publication number
RU160951U1
RU160951U1 RU2015152009/08U RU2015152009U RU160951U1 RU 160951 U1 RU160951 U1 RU 160951U1 RU 2015152009/08 U RU2015152009/08 U RU 2015152009/08U RU 2015152009 U RU2015152009 U RU 2015152009U RU 160951 U1 RU160951 U1 RU 160951U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
comparator
key
resistor
Prior art date
Application number
RU2015152009/08U
Other languages
Russian (ru)
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 RU2015152009/08U priority Critical patent/RU160951U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU160951U1 publication Critical patent/RU160951U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K9/00Demodulating pulses which have been modulated with a continuously-variable signal
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L5/00Automatic control of voltage, current, or power

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения, содержащее: операционный усилитель (ОУ); первый компаратор; генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через первый формирователь импульсов, соединен с входом установки в единичное состояние триггера; 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, второй компаратор, второй и третий формирователи импульсов, логическая ячейка 2ИЛИ, 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; выход буферного повторителя на ОУ соединен со своим инвертирующим входом, выходом устройства, неинвертирующим входом первого компаратора, инвертирующим входом второго компаратора; инвертирующий вход первого компаратора соединен с неинвертирующим входом второго компаратора, источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены; выход первого компаратора, через второй формирователь импульсов, соединен с первым входом логичесA device for sampling an instantaneous voltage value, comprising: an operational amplifier (op amp); first comparator; a clock pulse generator, which is connected through a logical inverter to the control input of the second key, and through the first pulse shaper, connected to the unit input to the trigger single state; the trigger output is connected to the control input of the first key; the input voltage source, through the first resistor and the first key, is connected to the first terminals of the second key and the storage capacitor, characterized in that the second, third and fourth resistors, the second comparator, the second and third pulse shapers, the logical cell 2OR, a buffer repeater are introduced on the op-amp, moreover: the first output of the second resistor is connected to the first outputs of the second key and the storage capacitor, the second output of the first key and the non-inverting input of the op-amp; the second output of the second resistor is connected to the non-inverting input of the buffer follower at the op-amp, the output of the op-amp, and, through the fourth resistor, with the inverting input of the op-amp and the second output of the third resistor, the first output of which is grounded; the output of the buffer repeater at the op-amp is connected to its inverting input, the output of the device, the non-inverting input of the first comparator, the inverting input of the second comparator; the inverting input of the first comparator is connected to the non-inverting input of the second comparator, the input voltage source and the first output of the first resistor; the second terminals of the second key and the storage capacitor are grounded; the output of the first comparator, through the second pulse shaper, is connected to the first input

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для формирования выборок мгновенного значения напряжения.The utility model relates to electrical engineering, in particular to devices for generating samples of instantaneous voltage values.

Уровень техникиState of the art

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:A device for sampling and storage containing an analog key, two operational amplifiers, a storage capacitor, a feedback resistor, a limiting resistor, two on-board diodes (Zhavoronkova M.S., Bondar S.N. Development of a high-speed device for sampling and storage with increased accuracy / / Methods and technical means of increasing the efficiency of the use of electrical equipment in industry and agriculture: collection of scientific papers based on the materials of the 75th scientific and practical conference of the Electric Power Department SSAU. - Stavropol: AGRUS, 2011.S. 102, Fig. 3). A feature of this device is the fulfillment of the conditions:

Figure 00000002
Figure 00000002

где τстр - интервал стробирования (выборки);where τ p is the gating interval (sampling);

τз - время заряда запоминающего конденсатора.τ s - charge time of the storage capacitor.

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).The disadvantage of this device is the occurrence of an error in the sampling of the analog voltage, due to the fact that the input voltage changes during the sampling interval (sampling), which leads to an ambiguity in the determination of the output voltage (within Δu (Fig. 1)), since it depends on the gate time. Moreover, the noted error is fundamentally unrecoverable due to the fulfillment of condition (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 неинвертирующего 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).A device for sampling and storage containing a non-inverting voltage amplifier, the input of which is simultaneously the information input of the device for sampling and storage and the second input of the comparison circuit, the first input of which is connected to the output of the repeater on the operational amplifier and the output of the device for sampling and storage; the output of the comparison circuit is connected to the S-input of the trigger, the R-input of which serves as the control input of the sampling and storage device; the trigger output is connected to the control input of the analog switch, the input of which is connected to the output of a non-inverting voltage amplifier, and the output is connected to the inputs of the storage capacitor and repeater on the operational amplifier; the comparison circuit contains two comparators and an OR-NOT circuit, the inputs of which are the outputs of the comparators, and the output serves as the output of the comparison circuit; the opposite inputs of the comparators are interconnected and with the inputs of the comparison circuit (patent RU 63623, IPC H03K 17/60).

Недостатком устройства является низкая точность запоминания величины напряжения входного сигнала.The disadvantage of this device is the low accuracy of storing the magnitude of the voltage of the input signal.

Наиболее близким аналогом - прототипом к заявляемому техническому решению является устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения (патент RU 2230376, МПК G11C 27/02).The closest analogue is the prototype of the claimed technical solution is a device for sampling instantaneous voltage values (patent RU 2230376, IPC 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.A device for sampling the instantaneous voltage value contains an operational amplifier (op-amp), the non-inverting input of which is grounded, and the inverting input is connected to the input voltage source through the first switch and resistor, and a storage capacitor is connected in the negative feedback circuit of the op-amp, in parallel with which the second switch is connected, and the output of the device is the op-amp output, which is connected through an analog inverter to the non-inverting input of the comparator, whose inverting input is connected to the input source voltage, and the output is with the input to the zero state of the trigger, the output of the latter is connected to the control input of the first key, and the input to the single state of the trigger, through a pulse shaper, is connected to the output of the clock generator, which is connected to the control input via a logic inverter second key.

Таким образом, в прототипе, запоминание выборки мгновенного значения напряжения осуществляется инвертирующим интегратором (выполненным с использованием ОУ, резистора сопротивлением R и запоминающего конденсатора емкостью С), с частотной характеристикой (2)Thus, in the prototype, the sampling of the instantaneous voltage value is carried out by an inverting integrator (made using an op-amp, a resistor with a resistance R, and a storage capacitor with a capacity of C), with a frequency response (2)

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

и напряжение на выходе устройства, в момент времени завершения выборки, определяемое выражением (3)and the voltage at the output of the device, at the time of completion of sampling, defined by the expression (3)

Figure 00000004
Figure 00000004

Эффективное время хранения (время хранения Δtхранения в течении которого выполняется условие (4)Effective storage time (storage time Δt storage during which condition (4)

Figure 00000005
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 where ξ is the permissible error in measuring the voltage value); is determined by the discharge constant of the integrator τ bit made on the basis of the op-amp and loaded on the parallel connected input resistances of the analog inverter R in.AI and the device load R in.n

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

то есть, чем больше τразр, тем больше Δtхранения при заданной ξ.that is, the larger the τ bit , the greater the storage Δt for a given 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).Since, according to the prototype, an analog inverter can be made in the usual way based on an op-amp and two resistors (at the input and in the negative feedback circuit), its input resistance will not exceed hundreds of ohms, units of megohms, and even without taking into account the influence of the input load resistance Δt storage will be small in comparison with known devices (Volovich GI, Ezhov VB. Microchips ADC and DAC. - M.: Publishing house "Dodeka-XXI", 2005. S. 40, Fig. 51, 52).

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- ограниченные функциональные возможности - устройство обеспечивает формирование выборки мгновенного значения напряжения лишь в случае однополярных аналоговых сигналов (сигналов положительной полярности);- limited functionality - the device provides a sample of the instantaneous voltage value only in the case of unipolar analog signals (signals of positive polarity);

- инверсия полярности сформированной выборки мгновенного значения напряжения входного сигнала;- polarity inversion of the formed sample of the instantaneous voltage value of the input signal;

- большое значение величины времени выборки Δtвыборки;- the large value of the sample time Δt of the sample ;

- влияние сопротивления нагрузки на значение величины эффективного времени хранения Δtхранения.- the effect of load resistance on the value of the effective storage time Δt storage .

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

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 двуполярных аналоговых сигналов, причем, с полярностью соответствующей полярности входного сигнала.The technical result that can be achieved using the proposed utility model is to reduce the value of the sampling time and the influence of the load resistance on the value of the effective storage time of the sample of the instantaneous voltage value of the bipolar analog signals, moreover, with the polarity of the corresponding polarity of the input signal.

Технический результат достигается тем, что в устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения содержащее: ОУ; первый компаратор; генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через первый формирователь импульсов, соединен с входом установки в единичное состояние триггера; 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, второй компаратор, второй и третий формирователи импульсов, логическая ячейка 2ИЛИ, 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; выход буферного повторителя на ОУ соединен со своим инвертирующим входом, выходом устройства, неинвертирующим входом первого компаратора, инвертирующим входом второго компаратора; инвертирующий вход первого компаратора соединен с неинвертирующим входом второго компаратора, источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены; выход первого компаратора, через второй формирователь импульсов, соединен с первым входом логической ячейки 2ИЛИ; выход второго компаратора, через третий формирователь импульсов, соединен со вторым входом логической ячейки 2ИЛИ; выход логической ячейки 2ИЛИ соединен с входом установки в нулевое состояние триггера.The technical result is achieved by the fact that in the device for forming a sample of the instantaneous voltage value containing: OS; first comparator; a clock pulse generator, which is connected through a logical inverter to the control input of the second key, and through the first pulse shaper, connected to the unit input to the trigger single state; the trigger output is connected to the control input of the first key; the input voltage source, through the first resistor and the first key, is connected to the first terminals of the second key and the storage capacitor, the second, third and fourth resistors, the second comparator, the second and third pulse shapers, a logical OR2 cell, a buffer repeater on the op-amp are introduced, whereby: the first the output of the second resistor is connected to the first outputs of the second key and the storage capacitor, the second output of the first key and the non-inverting input of the op-amp; the second output of the second resistor is connected to the non-inverting input of the buffer follower at the op-amp, the output of the op-amp, and, through the fourth resistor, with the inverting input of the op-amp and the second output of the third resistor, the first output of which is grounded; the output of the buffer repeater at the op-amp is connected to its inverting input, the output of the device, the non-inverting input of the first comparator, the inverting input of the second comparator; the inverting input of the first comparator is connected to the non-inverting input of the second comparator, the input voltage source and the first output of the first resistor; the second terminals of the second key and the storage capacitor are grounded; the output of the first comparator, through the second pulse shaper, is connected to the first input of the logic cell 2OR; the output of the second comparator, through the third pulse shaper, is connected to the second input of the logic cell 2OR; the output of the logic cell 2OR is connected to the input of the installation in the zero state of the trigger.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1, 3÷7 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.In FIG. 1, 3 ÷ 7 are time diagrams explaining the operation of the device.

На фиг. 2, приведена функциональная схема устройства для формирования выборки мгновенного значения напряжения.In FIG. 2, a functional diagram of a device for sampling an instantaneous voltage value is shown.

На фиг. 8, приведена функциональная схема неинвертирующего интегратора выполненная на основе двухполюсника с отрицательным входным сопротивлением.In FIG. 8, a functional diagram of a non-inverting integrator is presented based on a two-terminal network with a negative input resistance.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

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, первый компаратор 8, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 9, логический инвертор 10, формирователь импульсов 11, триггер 12, третий резистор 13, четвертый резистор 14, второй компаратор 15, второй формирователь импульсов 16, третий формирователь импульсов 17, логическую ячейку 2ИЛИ 18, буферный повторитель на ОУ 18, причем: неинвертирующий вход ОУ 2 соединен, через первый ключ 3 и первый резистор 4, с выходом источника входного напряжения 1, инвертирующим входом первого компаратора 8, неинвертирующим входом второго компаратора 15, с первыми выводами второго ключа 6 и запоминающего конденсатора 5, а так же, через второй резистор 7, с неинвертирующим входом буферного повторителя на ОУ 19, выходом ОУ 2 и, через четвертый резистор 14, с инвертирующим входом ОУ 2 и вторым выводом третьего резистора 13, первый вывод которого заземлен; выход буферного повторителя на ОУ 19 соединен со своим инвертирующим входом, выходом устройства, неинвертирующим входом первого компаратора 8, инвертирующим входом второго компаратора 15; 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 первого компаратора 8; выход триггера 12 соединен со входом управления первого ключа 3; выход первого компаратора 8, через второй формирователь импульсов 16, соединен с первым входом логической ячейки 2ИЛИ 18; выход второго компаратора 15, через третий формирователь импульсов 17, соединен со вторым входом логической ячейки 2ИЛИ 18; выход логической ячейки 2ИЛИ 18 соединен с входом установки в нулевое состояние триггера 12.A device for sampling an instantaneous voltage value contains an input voltage source 1, op-amp 2, a first key 3, a first resistor 4, a storage capacitor 5, a second key 6, a second resistor 7, a first comparator 8, a clock generator (GTI) 9, a logical inverter 10, a pulse shaper 11, a trigger 12, a third resistor 13, a fourth resistor 14, a second comparator 15, a second pulse shaper 16, a third pulse shaper 17, a logic cell 2 OR 18, a buffer repeater on the OS 18, and: non-inverting input of the OS 2 soy inen, through the first key 3 and the first resistor 4, with the output of the input voltage source 1, the inverting input of the first comparator 8, the non-inverting input of the second comparator 15, with the first outputs of the second key 6 and the storage capacitor 5, as well as through the second resistor 7, with a non-inverting input of the buffer follower on the OS 19, the output of the OS 2 and, through the fourth resistor 14, with an inverting input of the OS 2 and the second output of the third resistor 13, the first output of which is grounded; the output of the buffer repeater at the OS 19 is connected to its inverting input, the output of the device, the non-inverting input of the first comparator 8, the inverting input of the second comparator 15; the second terminals of the second key 6 and the storage capacitor 5 are grounded; the output of the clock pulse generator 9, through the logical inverter 10, is connected to the control input of the second key 6, and through the pulse shaper 11, it is connected to the input of the unit in the single state of trigger 12, the input of the zero state of which is connected to the output of the first comparator 8; the trigger output 12 is connected to the control input of the first key 3; the output of the first comparator 8, through the second pulse shaper 16, is connected to the first input of the logic cell 2 OR 18; the output of the second comparator 15, through the third pulse shaper 17, is connected to the second input of the logic cell 2 OR 18; the output of the logic cell 2 OR 18 is connected to the input of the installation in the zero state of the trigger 12.

Работа устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 3÷7), на которых показаны:The operation of the device is illustrated by time charts (Fig. 3 ÷ 7), which show:

- выходное напряжение u9 ГТИ 9 (фиг. 3а);- output voltage u 9 GTI 9 (Fig. 3A);

- входное напряжение устройства uвх (выходное напряжение u1 источника входного напряжения 1), выходное напряжение u2 ОУ 2, выходное напряжение u19 буферного повторителя на ОУ 19 (выходное напряжение устройства uвых) (фиг. 3б, фиг. 4а, фиг. 5а, фиг. 6а, фиг. 7а);- input voltage devices u Rin (output voltage u 1 input voltage source 1), the output voltage u 2 OU 2, the output voltage u 19 buffer repeater on the OS 19 (output voltage of the device u O) (Figure 3b, Figure 4a, FIG.. 5a, 6a, 7a);

- выходное напряжение u18 логического элемента 2ИЛИ 18 (фиг. 3в, фиг. 4е, фиг. 5е, фиг. 6е, фиг. 7е);- the output voltage u 18 of the logic element 2 OR 18 (Fig. 3B, Fig. 4E, Fig. 5e, Fig. 6e, Fig. 7e);

- выходное напряжение u11 формирователя импульсов 11 (фиг. 3г).- the output voltage u 11 of the pulse shaper 11 (Fig. 3d).

- выходное напряжение u10 первого логического инвертора 10 (фиг. 3д);- output voltage u 10 of the first logical inverter 10 (Fig. 3d);

- выходное напряжение u12 триггера 12 (фиг. 3е);- the output voltage u 12 of the trigger 12 (Fig. 3E);

- выходное напряжение u8 компаратора 8 (фиг. 4б, фиг. 5б, фиг. 6б, фиг. 7б);- the output voltage u 8 of the comparator 8 (Fig. 4b, Fig. 5b, Fig. 6b, Fig. 7b);

- выходное напряжение u16 формирователя импульсов 16 (фиг. 4в, фиг. 5в, фиг. 6в, фиг. 7в).- output voltage u 16 of the pulse shaper 16 (Fig. 4c, Fig. 5c, Fig. 6c, Fig. 7c).

- выходное напряжение u15 компаратора 15 (фиг. 4г, фиг. 5г, фиг. 6г, фиг. 7г);- the output voltage u 15 of the comparator 15 (Fig. 4g, Fig. 5g, Fig. 6g, Fig. 7g);

- выходное напряжение u17 формирователя импульсов 17 (фиг. 4д, фиг. 5д, фиг. 6д, фиг. 7д).- the output voltage u 17 of the pulse shaper 17 (Fig. 4d, Fig. 5d, Fig. 6d, Fig. 7d).

На фиг. 4÷7 приведены выходные сигналы компараторов 8, 15, формирователей импульсов 16, 17 и логической ячейки 2ИЛИ 18, для различных случаев формы входного сигнала.In FIG. 4 ÷ 7 show the output signals of comparators 8, 15, pulse shapers 16, 17 and logic cell 2OR 18, for various cases of input signal shape.

Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения работает следующим образом.A device for sampling an instantaneous voltage value operates as follows.

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. 3д), поэтому второй ключ 6 разомкнут, а во-вторых, - на вход формирователя импульсов 11, который формирует короткий импульс (фиг. 3г), устанавливающий триггер 12 в состояние «1» (фиг. 3е), 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.The GTI 9 generates rectangular pulses (Fig. 3a) that control the operation of the device. Consider, for example, the i-th interval of the device, starting at time t i (Fig. 3). The output voltage of the GTI 9 through the logical inverter 10 is supplied, firstly, to the control input of the second key 6, and in the time interval [t i ; t i + 0.5 ] this voltage is zero (Fig. 3d), so the second switch 6 is open, and secondly, to the input of the pulse shaper 11, which generates a short pulse (Fig. 3d), which sets the trigger 12 to "1" (Fig. 3E), since it is fed to the input of the asynchronous installation of the trigger in a single state. This output signal of the trigger 12 is fed to the control input of the first key 3, which closes at time t i .

Входное напряжение uвх (фиг. 3б) с источника входного напряжения 1 (фиг. 2) поступает на неинвертирующий интегратор (фиг. 8), 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)The input voltage u in (Fig. 3b) from the input voltage source 1 (Fig. 2) is supplied to a non-inverting integrator (Fig. 8), made on the basis of a two-terminal device with negative input resistance (Design of electronic devices on integrated circuits / Ed. C. Y. Shatz - M .: Sov. Radio, 1976, 312 pp. S. 158-163, Fig. 4.23, Fig. 4.24) consisting of OU 2, a storage capacitor 5 and resistors 4, 7, 13, 14. In view of the need to fulfill condition (7)

Figure 00000008
Figure 00000008

где R(4), R(7), R(13), R(14) - сопротивления резисторов, соответственно, 4, 7, 13 и 14,where R (4) , R (7) , R (13) , R (14) are the resistances of the resistors, respectively, 4, 7, 13 and 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: 12.10.2015))determining the mode of optimal functioning of the integrator, its frequency response is described by the expression (8) (Negative resistance converter. [Electronic resource] html.cgi / txt / doc / op / funop_10_6.htm (accessed: 12.10.2015))

Figure 00000009
Figure 00000009

Выходное напряжение ОУ 2, выходное напряжение буферного повторителя на ОУ 19 (выходное напряжение устройства), на интервале

Figure 00000010
изменяется в соответствии с выражением (9) (фиг. 3б)The output voltage of the op-amp 2, the output voltage of the buffer repeater at the op-amp 19 (the output voltage of the device), in the interval
Figure 00000010
varies in accordance with the expression (9) (Fig. 3b)

Figure 00000011
Figure 00000011

Так как компараторы 8 и 15, включены параллельно, а их входы соединены встречно, выходные сигналы будут противофазны (фиг. 4, б, г; фиг. 5, б, г; фиг. 6, б, г; фиг. 7, б, г).Since the comparators 8 and 15 are connected in parallel, and their inputs are connected counterclockwise, the output signals will be out of phase (Fig. 4, b, d; Fig. 5, b, d; Fig. 6, b, d; Fig. 7, b , g).

В момент времени

Figure 00000012
(время выборки в i-м интервале) (фиг. 3б), напряжение uвых будет равно мгновенному значению аналогового входного напряжения
Figure 00000013
устройстваAt time
Figure 00000012
(sampling time in the i-th interval) (Fig. 3b), the voltage u o will be equal to the instantaneous value of the analog input voltage
Figure 00000013
devices

Figure 00000014
Figure 00000014

но, в силу конечного времени срабатывания цепи управления ключом 3, то есть выполнения условия (11)but, due to the finite response time of the key control circuit 3, that is, the fulfillment of condition (11)

Figure 00000015
Figure 00000015

на выходе компараторов 8 (при uвх>0, фиг. 4б, фиг. 5б) и 15 (при uвх<0, фиг. 6г, фиг. 7г) будут ненулевые уровни напряжения, которые посредством формирователей импульсов 16 (при uвх>0, фиг. 4в, фиг. 5в), 17 (при uвх<0, фиг. 6д, фиг. 7д) и логической ячейки 2ИЛИ 18 (фиг. 4е, фиг. 5е, фиг. 6е, фиг. 7е) обеспечат переброс триггера 12 в состояние логического «0» (фиг. 3е), что приведет к отключению первого ключа 3.at the output of the comparators 8 (for u in > 0, Fig. 4b, Fig. 5b) and 15 (for u in <0, Fig. 6d, Fig. 7d) there will be non-zero voltage levels, which through pulse shapers 16 (for u in > 0, Fig. 4c, Fig. 5c), 17 (with u in <0, Fig. 6d, Fig. 7d) and logical cell 2OR 18 (Fig. 4e, Fig. 5e, Fig. 6e, Fig. 7e) will ensure the flip-flop of the trigger 12 in the state of the logical "0" (Fig. 3E), which will lead to the disconnection of the first key 3.

В итоге, конденсатор 5 запоминает напряжение, которое равно мгновенному значению входного напряжения в момент времени

Figure 00000016
, т.е. производится формирование выборки мгновенного значения. Время хранения равно
Figure 00000017
(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. 3д)) и конденсатор 5 разряжается, а в момент времени ti+1 (фиг. 3) начинается следующий цикл.As a result, the capacitor 5 stores the voltage, which is equal to the instantaneous value of the input voltage at a time
Figure 00000016
, i.e. sampling of instantaneous value is performed. Storage time is
Figure 00000017
(Fig. 3b), during which it is possible to use the obtained information about the value of the sample in accordance with the tasks being solved. During the time interval [t i + 0,5 ; t i + 1 ] the second switch 6 is closed (a single signal from the output of the logic inverter 10 (Fig. 3d) is supplied to its control input) and the capacitor 5 is discharged, and at the time t i + 1 (Fig. 3) the next cycle begins.

Формирователи импульсов 11, 16 и 17 могут быть выполнены по обычной схеме на основе ждущего мультивибратора или одновибратора, запускающегося перепадом напряжения (фронтом импульса).The pulse shapers 11, 16 and 17 can be performed according to the usual scheme based on a standby multivibrator or a single vibrator triggered by a voltage drop (pulse front).

Таким образом, в случае предлагаемого устройства, с учетом выражений (3) и (9), правомерно утверждение об уменьшении значения времени выборки, а именно:Thus, in the case of the proposed device, taking into account expressions (3) and (9), it is valid to state that the sampling time is reduced, namely:

Figure 00000018
Figure 00000018

Кроме того, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями - обеспечивает формирование выборки мгновенного значения напряжения двуполярных аналоговых сигналов, причем, с полярностью соответствующей полярности входного сигнала.In addition, the proposed device has enhanced functionality - provides a sample of the instantaneous voltage value of bipolar analog signals, moreover, with the polarity of the corresponding polarity of the input signal.

Так как, в предлагаемом устройстве, нагрузкой интегратора, выполненного на базе ОУ 2, выступает буферный повторитель на ОУ 19, в случае которого справедливо условиеSince, in the proposed device, the load of the integrator, made on the basis of OS 2, acts as a buffer repeater on OS 19, in which case the condition is true

Figure 00000019
Figure 00000019

где Rвх.БП - входное сопротивление буферного повторителя на ОУ 19, то с учетом выражений (4), (5) и (6), правомерно утверждениеwhere R in. BP is the input resistance of the buffer repeater at OS 19, then, taking into account expressions (4), (5) and (6), the statement is valid

Figure 00000020
Figure 00000020

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.Given that in the proposed device, the load resistance of the device does not affect the value of R input BP , it is legitimate to assert the formation of a sample of the instantaneous voltage value regardless of the load resistance of the device, and therefore reduce the effect of the load resistance on the value of the effective storage time of the sample instant value voltage.

Claims (1)

Устройство для формирования выборки мгновенного значения напряжения, содержащее: операционный усилитель (ОУ); первый компаратор; генератор тактовых импульсов, который через логический инвертор подключен к входу управления второго ключа, а через первый формирователь импульсов, соединен с входом установки в единичное состояние триггера; 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, второй компаратор, второй и третий формирователи импульсов, логическая ячейка 2ИЛИ, 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; выход буферного повторителя на ОУ соединен со своим инвертирующим входом, выходом устройства, неинвертирующим входом первого компаратора, инвертирующим входом второго компаратора; инвертирующий вход первого компаратора соединен с неинвертирующим входом второго компаратора, источником входного напряжения и первым выводом первого резистора; вторые выводы второго ключа и запоминающего конденсатора заземлены; выход первого компаратора, через второй формирователь импульсов, соединен с первым входом логической ячейки 2ИЛИ; выход второго компаратора, через третий формирователь импульсов, соединен со вторым входом логической ячейки 2ИЛИ; выход логической ячейки 2ИЛИ соединен с входом установки в нулевое состояние триггера.
Figure 00000001
A device for sampling an instantaneous voltage value, comprising: an operational amplifier (op amp); first comparator; a clock pulse generator, which is connected through a logical inverter to the control input of the second key, and through the first pulse shaper, connected to the unit input to the trigger single state; the trigger output is connected to the control input of the first key; the input voltage source, through the first resistor and the first key, is connected to the first terminals of the second key and the storage capacitor, characterized in that the second, third and fourth resistors, the second comparator, the second and third pulse shapers, a logical OR2 cell, a buffer repeater are introduced into the device on the op-amp, moreover: the first output of the second resistor is connected to the first outputs of the second key and the storage capacitor, the second output of the first key and the non-inverting input of the op-amp; the second output of the second resistor is connected to the non-inverting input of the buffer follower at the op-amp, the output of the op-amp, and, through the fourth resistor, with the inverting input of the op-amp and the second output of the third resistor, the first output of which is grounded; the output of the buffer repeater at the op-amp is connected to its inverting input, the output of the device, the non-inverting input of the first comparator, the inverting input of the second comparator; the inverting input of the first comparator is connected to the non-inverting input of the second comparator, the input voltage source and the first output of the first resistor; the second terminals of the second key and the storage capacitor are grounded; the output of the first comparator, through the second pulse shaper, is connected to the first input of the logic cell 2OR; the output of the second comparator, through the third pulse shaper, is connected to the second input of the logic cell 2OR; the output of the logic cell 2OR is connected to the input of the installation in the zero state of the trigger.
Figure 00000001
RU2015152009/08U 2015-12-03 2015-12-03 DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE RU160951U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152009/08U RU160951U1 (en) 2015-12-03 2015-12-03 DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015152009/08U RU160951U1 (en) 2015-12-03 2015-12-03 DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU160951U1 true RU160951U1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55659776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015152009/08U RU160951U1 (en) 2015-12-03 2015-12-03 DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU160951U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201517514A (en) Capacitive proximity detection using delta-sigma conversion
KR101430402B1 (en) Measuring method for measuring capacitance and capacitive touch switch using the same
RU160870U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU160951U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU155713U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU160869U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU164152U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU58825U1 (en) ANALOG-DIGITAL CONVERTER
RU2603937C1 (en) Microcontroller measuring converter for resistive and capacitive sensors with transmission of conversion result over radio channel
RU158706U1 (en) DEVICE FOR FORMING AN INSTANT VOLTAGE VALUE SAMPLE
RU154070U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU154754U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU2520409C2 (en) Converter for converting periodic signal to frequency and period
RU155555U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
RU2565813C1 (en) Microcontroller-based converter of resistance, capacitance and voltage into binary code
RU162372U1 (en) MICROCONTROLLER ADC USING THE TRANSITION PROCESS IN THE RC CIRCUIT
RU2298872C1 (en) Controlled-sensitivity analog-to-digital converter built around microcontroller
RU157940U1 (en) SAMPLING AND STORAGE DEVICE
RU2580039C1 (en) Sample and hold device
RU2756374C1 (en) Microcontroller capacity measuring device for embedded computing systems
RU175892U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
TW202024649A (en) Circuit and method for measuring signal period
RU174046U1 (en) ANALOGUE REMEMBERING DEVICE
RU147306U1 (en) ACTIVE RESISTANCE DEVICE
RU2506599C1 (en) Microcontroller metering converter with balancing of resistive bridge

Legal Events

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

Effective date: 20161204