RU2819373C1 - Universal time-pulse integrating voltage converter with pulse-width modulation function - Google Patents

Universal time-pulse integrating voltage converter with pulse-width modulation function Download PDF

Info

Publication number
RU2819373C1
RU2819373C1 RU2023128141A RU2023128141A RU2819373C1 RU 2819373 C1 RU2819373 C1 RU 2819373C1 RU 2023128141 A RU2023128141 A RU 2023128141A RU 2023128141 A RU2023128141 A RU 2023128141A RU 2819373 C1 RU2819373 C1 RU 2819373C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
voltage
pulse
output
comparator
Prior art date
Application number
RU2023128141A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Данис Рамильевич Фаррахов
Шамиль Саидович Сафинов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Application granted granted Critical
Publication of RU2819373C1 publication Critical patent/RU2819373C1/en

Links

Abstract

FIELD: precision pulse electronics.
SUBSTANCE: disclosed is a time-pulse integrating voltage converter with a pulse-width modulation function, consisting of four operational amplifiers, on which two voltage repeaters, an integrator and a comparator are implemented, four-channel switch and three inputs, through which two input voltages are connected and an electric jumper may or may not be connected. Four-channel switch is connected to the first input and output of the inverting repeater of the first input voltage and to the second input and output of the inverting repeater of the second input voltage in the input circuits of the comparator and integrator, respectively.
EFFECT: considerable increase in the operating range of variation of input voltages, in which the required linearity of conversion functions, low conversion error, reduced time for adjusting the converter circuit are achieved.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к прецизионной импульсной электронике и может использоваться в электронных системах автоматического управления и регулирования, в телекоммуникационных системах и измерительной технике.The invention relates to precision pulse electronics and can be used in electronic automatic control and regulation systems, in telecommunication systems and measuring equipment.

Известны время-импульсные преобразователи напряжения в частоту следования прямоугольных импульсов (ПНЧ), а также называемые в электронике управляемыми генераторами импульсов и частотно-импульсными модуляторами. Известны время-импульсные преобразователи напряжения во время (ПНЧ), точнее - во временной интервал (длительность импульсов или период их следования).Time-pulse voltage converters into rectangular pulse repetition frequency (RPF) are known, also called in electronics controlled pulse generators and pulse-frequency modulators. Time-pulse voltage-to-time converters (PFC) are known, or more precisely, to the time interval (the duration of the pulses or their repetition period).

Схемотехника ПНЧ и ПНВ, анализ их функций преобразования, метрологических характеристик и особенностей практического использования широко представлены в технической литературе [Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: «Энергоатомиздат», 1988 - 304 с., стр. 256; Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: «Радио и связь», 1985. - 304 с., стр. 133; Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: «Додека-ХХ1», 2005. - 528 с., стр. 199; Р. Граф. Электронные схемы: 1300 примеров. - М.: «Мир», 1989. - 688 с., стр. 600; Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.: «Энергоатомиздат», 1990. - 320 с., стр. 251; Сафинов Ш.С. Аналоговая и аналого-цифровая электроника в автоматизированных системах: учеб. Пособие в 2 ч. Ч. 2. - Уфа:Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2014. - 367 с., Гл. 1, стр. 15].The circuit design of low-voltage frequency converters and night vision devices, analysis of their conversion functions, metrological characteristics and features of practical use are widely presented in the technical literature [Gutnikov V.S. Integrated electronics in measuring devices. - L.: “Energoatomizdat”, 1988 - 304 pp., p. 256; Aleksenko A.G. and others. Application of precision analog microcircuits. - M.: “Radio and Communications”, 1985. - 304 pp., p. 133; Volovich G.I. Circuitry of analog and analog-to-digital electronic devices. - M.: “Dodeka-XX1”, 2005. - 528 p., p. 199; R. Count. Electronic circuits: 1300 examples. - M.: “Mir”, 1989. - 688 p., p. 600; Fedorkov B.G., Taurus V.A. DAC and ADC microcircuits: operation, parameters, application. - M.: “Energoatomizdat”, 1990. - 320 pp., p. 251; Safinov Sh.S. Analog and analog-digital electronics in automated systems: textbook. Manual in 2 hours. Part 2. - Ufa: Ufimsk. state aviation tech. univ., 2014. - 367 pp., Ch. 1, p. 15].

Известные ПНЧ и ПНВ имеют недостаток, заключающийся в том, что они могут выполнять только один вид преобразования входного напряжения в один параметр выходного импульсного напряжения - частоту или временной интервал (период или длительность импульса), полностью исключая широтно-импульсную модуляцию. Known VFCs and NVGs have the disadvantage that they can perform only one type of conversion of the input voltage into one parameter of the output pulse voltage - frequency or time interval (pulse period or duration), completely excluding pulse width modulation.

Известенвремя-импульсный универсальный преобразователь напряжения [патент на изобретение №2689805, 29.05.2019, бюл. №16, МПК-Н03К3/13], состоящий из интегратора, компаратора, двух повторителей напряжения, каждый из которых может функционировать как инвертирующий, так и неинвертирующий повторитель напряжения в зависимости от состояния компаратора, и четырехканального коммутатора, позволяющий осуществлять преобразование входного напряжения в частоту выходного импульсного напряжения и интервал времени (длительность импульсов или период из следования) с выполнением арифметической операции деления или без нее.A known time-pulse universal voltage converter [patent for invention No. 2689805, 05.29.2019, bull. No. 16, MPK-N03K3/13], consisting of an integrator, a comparator, two voltage followers, each of which can function as an inverting or non-inverting voltage follower depending on the state of the comparator, and a four-channel switch that allows the conversion of input voltage to frequency output pulse voltage and time interval (pulse duration or repetition period) with or without performing the arithmetic division operation.

Наиболее близким к заявленному универсальному время-импульсному интегрирующему преобразователю напряжения (далее УВИИП) по схемотехнике, принципу действия и достигаемому результату преобразования входного напряжения является время-импульсный универсальный интегрирующий преобразователь напряжения с функцией широтно-импульсной модуляции [патент на изобретение №2731601, 04.09.2020 г., бюл. №25, МПК-Н03К 3/13], отличающийся от выше названного преобразователя тем, что в электрическую схему введен третий вход для подключения электрической перемычки. В этом преобразователе, если перемычка не подключена к третьему входу, то схема позволяет осуществить преобразование входного напряжения в частоту выходного импульсного напряжения или во временной интервал, если же к третьему входу подключена электрическая перемычка, то преобразователь будет выполнять функцию широтно-импульсной модуляции входного напряжения.The closest to the declared universal time-pulse integrating voltage converter (hereinafter UVIIP) in circuit design, principle of operation and the achieved result of converting the input voltage is a time-pulse universal integrating voltage converter with a pulse-width modulation function [patent for invention No. 2731601, 04.09.2020 g., bull. No. 25, MPK-N03K 3/13], which differs from the above-mentioned converter in that a third input is introduced into the electrical circuit for connecting an electrical jumper. In this converter, if the jumper is not connected to the third input, then the circuit allows the conversion of the input voltage into the frequency of the output pulse voltage or into a time interval, but if an electrical jumper is connected to the third input, then the converter will perform the function of pulse-width modulation of the input voltage.

Представленный выше время-импульсный преобразователь напряжения, являющийся прототипом заявленного УВИИП, имеет существенный недостаток, заключающийся в возникновении нелинейности функции преобразования входного напряжения в частоту, временной интервал и скважность выходного импульсного напряжения, что уменьшает рабочий диапазон изменения входного напряжения и увеличивает относительную погрешность преобразования. При лабораторных исследованиях опытных образцов этих преобразователей, реализованных на отечественных интегральных операционных усилителях и аналоговом коммутаторе, а также их зарубежных аналогах, максимальная частота выходного импульсного напряжения ограничивалась на уровне 4 кГц при относительной приведенной погрешности преобразования не более 0,5 %, что нельзя считать приемлемым для электронных устройств рассматриваемого вида.The time-pulse voltage converter presented above, which is a prototype of the claimed UVIIP, has a significant drawback, which is the occurrence of nonlinearity in the function of converting the input voltage into frequency, time interval and duty cycle of the output pulse voltage, which reduces the operating range of changes in the input voltage and increases the relative error of the conversion. In laboratory studies of prototypes of these converters, implemented on domestic integrated operational amplifiers and an analog switch, as well as their foreign analogues, the maximum frequency of the output pulse voltage was limited to 4 kHz with a relative reduced conversion error of no more than 0.5%, which cannot be considered acceptable for electronic devices of the type in question.

Математический анализ источников погрешности преобразования электронных схем и обобщение результатов лабораторных исследований опытных образцов прототипа приводят к выводу: электронная схема прототипа имеет два недостатка.Mathematical analysis of the sources of error in the conversion of electronic circuits and generalization of the results of laboratory studies of prototype prototypes lead to the conclusion: the electronic circuit of the prototype has two drawbacks.

Первый недостаток заключается во влиянии неидеальности аналогового коммутатора, заключающегося в существовании остаточного сопротивления (10-30 Ом) включенного канала и остаточного тока выключенного канала (100-500 нА). Эти электрические параметры аналогового коммутатора исключают требуемые режимы функционирования двух повторителей напряжения на операционных усилителях. The first drawback is the influence of the imperfection of the analog switch, which consists in the existence of a residual resistance (10-30 Ohms) of the switched-on channel and a residual current of the switched-off channel (100-500 nA). These electrical parameters of the analog switch eliminate the required operating modes of the two voltage followers on the operational amplifiers.

Если повторитель напряжения находится в инвертирующем состоянии, то к сопротивлению в цепи инвертирующего входа прибавляется остаточное сопротивление включенного канала коммутатора, а через сопротивление в цепи неинвертирующего входа операционного усилителя течет остаточный ток выключенного канала коммутатора. Поэтому коэффициент передачи по напряжению инвертирующего повторителя Ки будет отличаться от требуемого значения Ки= - 1.If the voltage follower is in an inverting state, then the residual resistance of the switched-on channel of the switch is added to the resistance in the inverting input circuit, and the residual current of the switched-off channel of the switch flows through the resistance in the non-inverting input circuit of the operational amplifier. Therefore, the voltage transfer coefficient of the inverting follower K and will differ from the required value K and = - 1.

Когда повторитель напряжения находится в режиме неинвертирующего повторителя и требуется коэффициент передачи Ки= 1, в схеме сопротивление отрицательной обратной связи не равно нулю, и в цепи инвертирующего входа течет остаточный ток выключенного канала коммутатора, поэтому никак не может быть выполнено требование Ки= 1.When the voltage follower is in the non-inverting follower mode and the transmission coefficient K and = 1 is required, the negative feedback resistance in the circuit is not zero, and the residual current of the switched-off channel of the switch flows in the inverting input circuit, so the requirement of K and = 1 cannot be met in any way .

Рассмотренные негативные факторы, исключающие требуемые режимы работы двух повторителей напряжения в схемах прототипа заявленного УВИИП, не позволяют получить желаемую высокую точность преобразования напряжения в частоту, временной интервал или в скважность выходного импульсного напряжения в требуемом широком диапазоне изменения входного напряжения УВИИП.The considered negative factors, which exclude the required operating modes of two voltage followers in the prototype circuits of the claimed UVIIP, do not allow obtaining the desired high accuracy of voltage conversion into frequency, time interval or duty cycle of the output pulse voltage in the required wide range of changes in the input voltage of the UVIIP.

Второй недостаток электрической схемы прототипа обусловлен переходными процессами переключения аналогового коммутатора и режимов работы двух повторителей напряжения, длительность и конфигурация которых влияют на линейность функций преобразования и, значит, на точность преобразований, причем чем больше частота выходного импульсного напряжения, тем сильнее их негативное влияние.The second drawback of the prototype's electrical circuit is due to the transient switching processes of the analog switch and the operating modes of two voltage repeaters, the duration and configuration of which affect the linearity of the conversion functions and, therefore, the accuracy of the conversions, and the higher the frequency of the output pulse voltage, the stronger their negative impact.

Временные диаграммы переднего и заднего фронтов выходного напряжения коммутатора, полученных в процессе лабораторных испытаний двух опытных образцов известных преобразователей, показывают, что амплитуда переходных процессов достигает уровня коммутируемого входного напряжения, а их длительность соответствует времени установления используемого типа интегрального аналогового коммутатора (например, КР590КН7). Но самый значимый негативный фактор заключается в том, что переходные процессы выходного напряжения коммутатора подвергаются модуляции синхронно переключаемыми коммутатором переходными процессами повторителей напряжения. Time diagrams of the leading and falling edges of the switch output voltage, obtained during laboratory tests of two prototypes of known converters, show that the amplitude of transient processes reaches the level of the switched input voltage, and their duration corresponds to the establishment time of the type of integrated analog switch used (for example, KR590KN7). But the most significant negative factor is that the transients of the output voltage of the switch are modulated by the transients of the voltage followers synchronously switched by the switch.

На осциллограмме переходные процессы на выходах повторителей напряжений становятся почти в два раза более длительными и визуально представляют собой сумму гармонических составляющих, которые приходят на вход интегратора напряжения и, что недопустимо, на вход компаратора на операционном усилителе без обратной связи. Компаратор сравнивает первое входное напряжение с выходным напряжением интегратора и может переключаться не при равенстве ±Uвх = ±Uвых. инт., а ошибочно сработать в течение переходных процессов. Поэтому длительность импульсов и период их следования становятся не стабильными при неизменных первом и втором входных напряжениях, а постоянно изменяющимися, что вызывает увеличение погрешности преобразования входных напряжений в частоту, длительность импульсов, период и скважность их следования на выходе преобразователя, причем тем больше, чем больше второе входное напряжение преобразователя.On the oscillogram, transient processes at the outputs of the voltage followers become almost twice as long and visually represent the sum of the harmonic components that come to the input of the voltage integrator and, which is unacceptable, to the input of the comparator on the operational amplifier without feedback. The comparator compares the first input voltage with the output voltage of the integrator and can switch not when equal to ± Uin = ± Uout. int. , but erroneously operate during transient processes. Therefore, the duration of the pulses and their repetition period become not stable when the first and second input voltages remain unchanged, but constantly changing, which causes an increase in the error in converting input voltages into frequency, the duration of the pulses, the period and duty cycle of their repetition at the output of the converter, and the greater the more second input voltage of the converter.

Задачей изобретения являются расширение областей электроники, в которых применение УВИИП позволяет сократить затраты на производство электронных систем автоматического управления сложными многомерными техническими объектами, увеличение привлекательности предмета изобретения для микроэлектронной промышленности, как универсального время-импульсного устройства, пригодного и экономически целесообразного для серийного производства в виде интегральной микросхемы, наконец, показать, что время-импульсная электроника не исчерпала свои возможности в появлении новых схематических решений, позволяющих получить изделия с более высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is to expand the areas of electronics in which the use of UVIIP allows reducing the costs of producing electronic automatic control systems for complex multidimensional technical objects, increasing the attractiveness of the subject of the invention for the microelectronics industry, as a universal time-pulse device, suitable and economically feasible for mass production in the form of an integrated microcircuits finally show that time-pulse electronics have not exhausted their capabilities in the emergence of new circuit solutions that make it possible to obtain products with higher metrological and operational characteristics.

Технический результат - значительное увеличение рабочего диапазона изменения входных напряжений, в котором достигаются требуемые линейность функций преобразования, низкая погрешность преобразования, снижение времени настройки схемы преобразователя при его подготовке к эксплуатации в составе электронной системы.The technical result is a significant increase in the operating range of changes in input voltages, in which the required linearity of the conversion functions, low conversion error, and a reduction in the setup time of the converter circuit when preparing it for operation as part of an electronic system are achieved.

Поставленная задача решается и технический результат достигается в заявленном УВИИП, в котором четырехканальный коммутатор подключен к первому входу и выходу инвертирующего повторителя первого входного напряжения и ко второму входу и выходу инвертирующего повторителя второго входного напряжения во входных цепях, соответственно, компаратора и интегратора, обеспечивая статические состояния инвертирующих повторителей первого и второго входных напряжений.The problem is solved and the technical result is achieved in the claimed UVIIP, in which a four-channel switch is connected to the first input and output of the inverting follower of the first input voltage and to the second input and output of the inverting follower of the second input voltage in the input circuits, respectively, of the comparator and integrator, providing static states inverting repeaters of the first and second input voltages.

На фиг. 1 представлена электрическая схема УВИИП, которая состоит из операционных усилителей (далее - ОУ) DA1 и DA2, на которых реализованы инвертирующие повторители входных напряжений Uвх.1 и Uвх.2 при равенстве сопротивлений R1=R2 и R4=R5. На ОУ DA4 выполнен инвертирующий интегратор, на входе которого может действовать входное напряжение Uвх.2 или его инвертированное значение -Uвх.2, если электрическая перемычка Z не подключена к третьему входу рассматриваемой схемы. На ОУ DA3 реализован компаратор, который сравнивает входное напряжение Uвх.1 или его инвертированное по полярности значение - Uвх.1 с выходным напряжением интегратора -Uинт. или Uинт. In fig. Figure 1 shows the electrical circuit of the UVIIP, which consists of operational amplifiers (hereinafter referred to as op-amps) DA1 and DA2, on which inverting repeaters of input voltages U input 1 and U input 2 are implemented with equal resistances R 1 = R 2 and R 4 = R 5 . Op-amp DA4 has an inverting integrator, at the input of which the input voltage Uin.2 or its inverted value -Uin.2 can act, if the electrical jumper Z is not connected to the third input of the circuit under consideration. Op-amp DA3 implements a comparator that compares the input voltage Uin.1 or its polarity-inverted value - Uin.1 with the output voltage of the integrator -U int. or U int.

В схеме УВИИП, предоставленной на фиг.1, компаратор на ОУ DA3 при равенстве сопротивлений R7=R8 переключается в противоположное (по полярности выходного напряжения) состояние, когда нарушается равенство |-Uвх.1 |= Uинт. всего на несколько микровольт, что зависит от коэффициента усиления по напряжению используемого типа ОУ.In the UVIIP circuit shown in Fig. 1, the comparator on the op-amp DA3, with equal resistances R 7 =R 8 , switches to the opposite (according to the polarity of the output voltage) state when the equality |-U input 1 |= U int is violated. by only a few microvolts, which depends on the voltage gain of the type of op-amp used.

Необходимо отметить, что максимальная возможная частота выходного импульсного напряжения УВИИП зависит от быстродействия компаратора и в меньшей степени от быстродействия ОУ DA4 интегратора, которые нормируются справочным параметром интегральных ОУ - скоростью нарастания выходного напряжения, [В/мкс], и не зависит от быстродействия ОУ DA1 и DA2, так как они функционируют в статическом режиме, что принципиально отличает заявленную схему УВИИП на фиг. 1 от схемы прототипа.It should be noted that the maximum possible frequency of the output pulse voltage UVIIP depends on the speed of the comparator and, to a lesser extent, on the speed of the integrator op-amp DA4, which are normalized by the reference parameter of integrated op-amps - the rate of rise of the output voltage, [V/µs], and does not depend on the speed of the op-amp DA1 and DA2, since they operate in static mode, which fundamentally distinguishes the claimed UVIIP circuit in Fig. 1 from the prototype diagram.

Более того, при использовании ОУ, имеющих входные токи наноамперной величины, из схемы УВИИП можно исключить резисторы R3, R6, R9и R11, присоединив соответствующие входы ОУ к общей шине двухполярного электропитания.Moreover, when using op-amps with nanoamp input currents, resistors R3 , R6 , R9 and R11 can be excluded from the UVIIP circuit by connecting the corresponding op-amp inputs to a common bipolar power supply bus.

Рассмотрим процесс двухтактного интегрирования в УВИИП, когда электрическая перемычка Z не подключена к третьему входу, используются идеализированные по своим параметрам интегральные ОУ и R7=R8 , что свидетельствует о равенстве порогов срабатывания компаратора входному напряжению + Uвх.1 или -Uвх.1.Let's consider the process of push-pull integration in UVIIP, when the electrical jumper Z is not connected to the third input, integral op-amps that are idealized in their parameters and R 7 = R 8 are used, which indicates that the comparator response thresholds are equal to the input voltage + U input 1 or -U input. 1 .

Первый такт интегрирования аналогично схеме прототипа описывается уравнением:The first integration cycle, similar to the prototype circuit, is described by the equation:

где T1 - длительность первого такта, - постоянная времени интегратора.where T 1 is the duration of the first beat, - integrator time constant.

Во втором такте интегрированияIn the second integration cycle

где T2 - длительность второго такта.where T 2 is the duration of the second beat.

Решая уравнения (1) и (2) относительно длительностей тактов интегрирования Т1 и Т2 получим:Solving equations (1) and (2) regarding the durations of integration cycles T 1 and T 2 , we obtain:

Длительности отрицательного T1 и положительного T2 по полярности импульсов на выходе компаратора на ОУ DA3 одинаковы, значит, период T = T1 + T2 илиThe durations of negative T 1 and positive T 2 in terms of the polarity of the pulses at the output of the comparator at op-amp DA3 are the same, which means the period T = T 1 + T 2 or

Частота выходного импульсного напряжения компаратораComparator output pulse voltage frequency

Выпрямленное импульсным диодом VD1 двухполярное выходное импульсное напряжение компаратора на ОУ DA3 является управляющим сигналом аналогового коммутатора на ОУ DA5 и используется как однополярное выходные импульсное напряжение УВИИП на Вых.1. Если требуется двухполярное выходное напряжение, то можно использовать выходное напряжение компаратора на Вых.2. В этих вариантах получения выходного напряжения рассматриваемого преобразователя ток нагрузки ограничен максимально допустимым выходным током используемого типа интегрального ОУ DA3.The bipolar output pulse voltage of the comparator at op-amp DA3, rectified by the pulse diode VD1, is the control signal of the analog switch at op-amp DA5 and is used as a unipolar output pulse voltage UVIIP at Output 1. If a bipolar output voltage is required, then the comparator output voltage at Pin 2 can be used. In these options for obtaining the output voltage of the converter under consideration, the load current is limited by the maximum permissible output current of the type of integrated op-amp DA3 used.

Биполярный транзистор VТ1 позволяет значительно увеличить нагрузочную способность УВИИП, включив нагрузку в коллекторную (Вых.3) или в эмиттерную цепь (Вых.4), используя его в схемах с открытым коллектором или открытым эмиттером, если необходимо передавать выходной сигнал УВИИП по электропроводной линии на большое расстояние.Bipolar transistor VT1 allows you to significantly increase the load capacity of the UVIIP by connecting the load to the collector (Out. 3) or emitter circuit (Out. 4), using it in circuits with an open collector or open emitter, if it is necessary to transmit the output signal of the UVIIP via an electrical line to long distance.

Из формул(3) и (4) следует:From formulas (3) and (4) it follows:

во-первых, УВИИП выполняет преобразование входного напряжения. Uвх.1, если считать Uвх.2неизменным (Uвх.2= U0), или частного от деления Uвх.1/ Uвх.2 в длительность импульсов или период выходного импульсного напряжения;Firstly, the UVIIP performs input voltage conversion. U input 1, if we consider U input 2 unchanged (U input 2 = U 0 ), or the quotient of dividing U input 1 / U input 2 into the pulse duration or the period of the output pulse voltage;

во-вторых, УВИИП осуществляет преобразование входного напряжения Uвх.2, если принять Uвх.1 фиксированным (Uвх.1= U0), или частного от деления Uвх.2/Uвх.1 в частоту выходного импульсного напряжения.secondly, UVIIP converts the input voltage Uin.2 , if we take Uin.1 fixed ( Uin.1 = U0 ), or the quotient of dividing Uin.2 /Uin.1 into the frequency of the output pulse voltage.

Теперь рассмотрим процесс двухтактного интегрирования в УВИИП, когда к третьему входу подключена электрическая перемычка Z.Now let's consider the process of push-pull integration in the UVIIP, when an electrical jumper Z is connected to the third input.

В этом варианте использования схемы на фиг.1 интегратор на ОУ DA4 при равенстве сопротивлений R10=R11 интегрирует сумму или разность напряжений Uвх.1±Uвх.2. In this embodiment, using the circuit in Fig. 1, the integrator at op-amp DA4, with equal resistances R 10 =R 11 , integrates the sum or voltage difference Uin.1 ±Uin.2 .

Первый такт процесса двухтактного интегрирования описывается уравнением:The first step of the push-pull integration process is described by the equation:

решая которое относительно длительности первого такта получаем:deciding which relative to the duration of the first measure we get:

При этом на первом выходе УВИИП напряжение предельно низкое, на втором выходе - отрицательное максимально возможной величины (почти напряжение питания схемы).In this case, at the first output of the UVIIP the voltage is extremely low, at the second output it is negative of the maximum possible value (almost the supply voltage of the circuit).

Во втором такте происходит интегрирование разности входных напряжений Uвх.1 - Uвх.2:In the second cycle, the difference in input voltages Uin.1 - Uin.2 is integrated:

и на первом выходе УВИИП действует высокое, положительной полярности напряжение, почти достигающее напряжение питания.and at the first output of the UVIIP there is a high voltage of positive polarity, almost reaching the supply voltage.

Из уравнения (6) получаем длительность второго такта интегрирования:From equation (6) we obtain the duration of the second integration cycle:

Период двухтактного интегрирования и выходного импульсного напряжения УВИИПPeriod of push-pull integration and output pulse voltage UVIIP

Скважность следования выходных импульсов определяется отношением длительности положительного импульса T2 к периоду выходного импульсного напряжения Т:The duty cycle of the output pulses is determined by the ratio of the duration of the positive pulse T 2 to the period of the output pulse voltage T:

Из формулы (8) следует, что УВИИП выполняет широтно-импульсную модуляцию входного напряжения Uвх.2 при фиксированном входном напряжении Uвх.1 = U0 или частного от деления Uвх.2/Uвх.1.From formula (8) it follows that the UVIIP performs pulse-width modulation of the input voltage Uin.2 at a fixed input voltage Uin.1 = U 0 or the quotient of the division Uin.2 /Uin.1 .

Итак, заявленный универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь осуществляет преобразование входного напряжения, во-первых, в частоту и во временной интервал (длительность и период) выходного импульсного напряжения, во-вторых, в скважность следования выходных импульсов, или все эти три вида преобразования с одновременным выполнением арифметической операции деления, без изменения электрической схемы, с использованием статического режима работы инвертирующих повторителей двух входных напряжений и четырьмя вариантами подключения электрической нагрузки к рассмотренному преобразователю.So, the claimed universal time-pulse integrating converter converts the input voltage, firstly, into the frequency and time interval (duration and period) of the output pulse voltage, and secondly, into the duty cycle of the output pulses, or all these three types of conversion with simultaneous execution of the arithmetic division operation, without changing the electrical circuit, using the static operating mode of inverting repeaters of two input voltages and four options for connecting the electrical load to the considered converter.

Claims (1)

Универсальный время-импульсный интегрирующий преобразователь напряжения с функцией широтно-импульсной модуляции, состоящий из четырех операционных усилителей, на которых реализованы два повторителя напряжения, интегратор и компаратор, четырехканального коммутатора и трех входов, с помощью которых подключаются два входных напряжения и может подключаться или не подключаться электрическая перемычка, отличающийся тем, что четырехканальный коммутатор подключен к первому входу и выходу инвертирующего повторителя первого входного напряжения и ко второму входу и выходу инвертирующего повторителя второго входного напряжения во входных цепях, соответственно, компаратора и интегратора, обеспечивая статические состояния инвертирующих повторителей первого и второго входных напряжений, при этом преобразователь выполнен с возможностью осуществлять преобразование входного напряжения в частоту и во временной интервал, когда перемычка отключена от третьего входа, и выполнять широтно-импульсную модуляцию входного напряжения, когда перемычка подключена к третьему входу, к выходу компаратора через диод подключен биполярный транзистор, коллектор и эмиттер которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам преобразователя, при этом первый выход подключен к точке соединения диода, транзистора и управляющего входа четырехканального коммутатора, а второй выход подключен к точке соединения компаратора и диода.A universal time-pulse integrating voltage converter with a pulse-width modulation function, consisting of four operational amplifiers, on which two voltage followers, an integrator and a comparator are implemented, a four-channel switch and three inputs, with which two input voltages are connected and can be connected or not connected an electrical jumper, characterized in that the four-channel switch is connected to the first input and output of the inverting follower of the first input voltage and to the second input and output of the inverting follower of the second input voltage in the input circuits, respectively, of the comparator and integrator, providing static states of the inverting repeaters of the first and second input voltages, while the converter is configured to convert the input voltage into frequency and into a time interval when the jumper is disconnected from the third input, and to perform pulse-width modulation of the input voltage when the jumper is connected to the third input, a bipolar transistor is connected to the comparator output through a diode , the collector and emitter of which are connected respectively to the third and fourth outputs of the converter, with the first output connected to the connection point of the diode, transistor and control input of the four-channel switch, and the second output connected to the connection point of the comparator and diode.
RU2023128141A 2023-11-01 Universal time-pulse integrating voltage converter with pulse-width modulation function RU2819373C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2819373C1 true RU2819373C1 (en) 2024-05-20

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2496228C1 (en) * 2012-07-02 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Ramp-type analogue-to-digital converter
US20170194914A1 (en) * 2011-05-19 2017-07-06 Skyworks Solutions, Inc. Variable switched dc-to-dc voltage converter
RU2689805C1 (en) * 2018-08-06 2019-05-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Time-pulse universal integrating voltage converter
RU2731601C1 (en) * 2020-03-03 2020-09-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Уфимский государственный авиационный технический университет" Time-pulse universal integrating voltage converter with pulse-width modulation function

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170194914A1 (en) * 2011-05-19 2017-07-06 Skyworks Solutions, Inc. Variable switched dc-to-dc voltage converter
RU2496228C1 (en) * 2012-07-02 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) Ramp-type analogue-to-digital converter
RU2689805C1 (en) * 2018-08-06 2019-05-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Time-pulse universal integrating voltage converter
RU2731601C1 (en) * 2020-03-03 2020-09-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Уфимский государственный авиационный технический университет" Time-pulse universal integrating voltage converter with pulse-width modulation function

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110663187B (en) Analog-to-digital converter, measuring device and analog-to-digital conversion method
US7408392B2 (en) PWM-to-voltage converter circuit and method
US20130050003A1 (en) Sigma-delta analog to digital converter
US20010033190A1 (en) Analog voltage isolation circuit
RU2819373C1 (en) Universal time-pulse integrating voltage converter with pulse-width modulation function
CN113050742B (en) Precise constant current source circuit
CN100403044C (en) A circuit structure capable of automatic adjusting and measuring hysteresis window of hysteresis comparator
JP2000091919A (en) Delta and sigma modulator
RU2731601C1 (en) Time-pulse universal integrating voltage converter with pulse-width modulation function
JP2001141753A (en) Current and electric quantity measuring circuit
JP2007315980A (en) Current/voltage conversion circuit
RU192383U1 (en) AC bipolar to positive bias voltage converter
CN106130560B (en) Integrator applied to sigma delta analog-to-digital conversion circuit with DAC function
US10044264B2 (en) Microcontroller with average current measurement circuit using voltage-to-current converters
RU2790350C1 (en) Method for extending the range of current measured by an analogue signal converter
CN115208409B (en) Analog-to-digital conversion circuit, chip and electronic equipment
RU2819791C1 (en) Precision voltage-to-frequency converter
RU2763014C1 (en) Multichannel current source for setting operating modes in two-qubit and multi-qubit systems
US20230050386A1 (en) Operation circuit and chip
JPH0535619Y2 (en)
CN212301679U (en) Alternating current signal sampling device
SU1019560A1 (en) Two-channel high-voltage impulse generator
CN108365759B (en) Current/voltage conversion circuit
Chung et al. Bridge resistance deviation-to-period converter with high linearity
RU2024195C1 (en) Voltage-to-frequency changer