SU1007037A1 - Преобразователь амплитудных значений напр жени - Google Patents

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИ ТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий операционный усилитель, инвер тирующий вход которого через конденсатор соединен с его выходом, компаратор, ключ и два резистора, отличающийс  тем, что, с целью расщирени  функциональных возможностей путем обеспечени  преобразовани  амплитудных значений напр жени  во временной интервал и фиксации моментов по влени  этих значений, в него введены компаратор, источник опорного напр жени , два ключа, два резистора, два формировател  заднего фронта, формирователь переднего фронта и блок управлени , при этом Ьходы первого и второго ключей подключены к инвертирующему входу первого компаратора и к информационному входу преобразовател , а их управл ющие входы - к первому выходу блока управлени , выход первого ключа через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилител , выход которого подключен к первому выходу преобразовател  и через второй резистор - к инвертирующему входу второго компаратора, выход второго ключа через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам первого компаратора и операционного усилител , а также - к общей шине, выход источника напр жени  соединен с входом третьего ключа, управл ющий вход которого подключен к второму выходу блока управлени , а его выход через четвертый резистор - к инвертирующему входу операционного усилител , выход первого компаратора через перi вый формирователь заднего фронта подключен к первому входу блока управлени , выW ход второго компаратора через второй формирователь заднего фронта соединен с вторым входом блока управлени , а через формирователь переднего фронта - с вторым выходом преобразовател  и третьим входом блока управлени , третий в{11ход которого подключен к третьему выходу преобразовател , первый, второй и третий входы управлени  которого соединены соответственно с четвертым, п тым и щестым входами блока управлени . GO

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и измерительных информационных системах (ИИС).

Известен преобразователь амплитудных значений напр жени , содержащий усилитель посто нного тока с конденсатором в цепи обратной св зи, резистивный делитель напр жени , ключ, нуль-орган, вход которого соединен со средней точкой резистивного делител  напр жени , включенного между входом и выходом преобразовател , а выход - с управл ющим входом ключа, включенного последовательно с дополнительным конденсатором в цепь между входом преобразовател  и входом усилител , выход которого соединен с выходом, преобразовател  1 .

Недостатком такого преобразовател   вл ютс  его ограниченные функциональные возможности - невозможность преобразовани  амплитудных значений напр жени  во временной интервал и фиксации моментов по влени  этих значений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  преобразователь амплитудных значений напр жени , содержащий компаратор, неинвертирующий выход которого через ограничивающий резистор подключен к входу ключа, выход которого соединен с запоминающим конденсатором , включенным между входом и выходом операционного усилител , подключенного выходом к выходу преобразовател  и к одному из входов компаратора, другой вход которого  вл етс  входом преобразовател , инвертирующий выход компаратора подключен к ключу сброса и управл ющему входу ключа, подключенного выходом к входу операционного усилител , выход которого через масщтабный резистор соединен с входом ключа 2.

Недостатком известного преобразовател   вл ютс  его ограниченные функциональные возможности - невозможность преобразовани  амплитудных значений напр жени  во временной интервал и фиксации моментов по влени  этих значений.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей преобразовател  путем обеспечени  преобразовани  амплитудных значений напр жени  во временной интервал и фиксации моментов по влени  .этих значений.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь амплитудных значений напр жени , содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого через конденсатор соединен с его выходом, компаратор, ключ и два резистора, введены компаратор, источник опорного напр жени , два ключа, два резистора, два формировател  заднего фронта, формирователь переднего фронта и блок управ.лени , при этом

входы первого и второго ключей подключены к инвертирующему входу первого компаратора и-к информационному входу преобразовател , а их управл ющие входы - к первому выходу блока управлени , выход первого ключа 4ерез первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилител , выход которого подключен к первому выходу преобразовател  и через второй резистор - к инвертирующему входу второго компаратора, выход второго ключа через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам первого компаратора и операционного усилител , а также - к общей щине, выход источника опорного напр жени  соединен с входом третьего ключа, управл ющий вход которого подключен к второму выходу блока управлени  а его выход через четвертый резистор - к инвертирующему входу операционного усилител , выход первого компаратора через первый формирователь заднего фронта подключен к первому входу блока управлени , выход второго компаратора через второй формирователь заднего фронта соединен с вторым входом блока управлени , а через формирователь переднего фронта - с вторым выходом преобразовател  и третьим входом блока управлени , третий выход которого подключен к. третьему выходу преобразоваQ тел , первый, второй и третий входы управлени  которого соединены, соответственно с четвертым, п тым и щестым входами блока управлени .

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого преобразовател .

Преобразователь содержит источник 1 образцового напр жени , ключ 2, резистор 3, конденсатор 4, ключ 5, резистор 6, операционный усилитель 7, компаратор 8, формирователь 9 заднего фронта, ключ 10, резисторы 11 и 12, компаратор 13, формирователь

14 переднего фронта, формирователь 15 заднего фронта, блок 16 управлени , на вход 17 подаетс  входное напр жение, на выход 18 поступает посто нное напр жение, равное по величине амплитудному значению входного напр жени , на выход 19 поступает импульс (отметка) в момент прохождени  входного напр жени  через максимум, на выходе 20 формируетс  временной интервал, длительность которого пропорциональна амплитудному значению входного напр жени , на входы 21 и 22 поступают импульсы запуска и сброса, соответственно, а на вход 23 - режимный сигнал, при этом входы ключей 5 и 10 подключены к инвертирующему входу компаратора 8 и к входу 17, а их управл ющие входы - к первому выходу

5 блока 16, выход ключа 5 через резистор 6 соединен с инвертирующим входом усилител  7 и одной обкладкой конденсатора 4, друга  обкладка которого подключена к выходу усилител  7, выходу 18 и через резистор 12 - к инвертирующему входу компаратора 13, выход ключа 10 через резистор 11 соединен с инвертирующим входом компаратора 13, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам компаратора 8 и усилител  7, а также к общей щине, выход источника 1 опорного напр жени  соединен с входом ключа 2, управл ющий вход которого подключен к второму выходу блока 16, а его выход через резистор 3 - к инвертирующему входу усилител  7, выход компаратора 8 соединен с входом формировател  9, выход которого подключен к первому входу блока 16, выход компаратора 13 через формирователь 15 соединен с вторым входом блока 16, а через формирователь 14 - с выходом 19 и третьим входом блока 16, третий выход которого подключён к выходу 20, входы 21, 22 и 23 соединены, соответственно, с четвертым, п тым и шестым входом блока 16. Преобразователь работает в одном из двух режимов . Режим преобразовани  амплитудных значений переменного напр жени  в посто нное . Этот режим работы задаетс  подачей сигнала «О на вход 23 преобразовател . Переменное напр жение, подаваемое на вход 17, поступает на инвертирующий вход компаратора 8, напр жение на выходе которого в зависимости от пол рности входного сигнала имеет знак «-f или «-. С выхода компаратора 8 сигнал поступает на вход формировател  9, который по заднему фронту сигнала на его входе (в момент начала положительной полуволны сигнала на входе 17) формирует короткий импульс на своем выходе. При запуске преобразовател  на вход 21 подаетс  короткий импульс, который устанавливает блок 16 в исходное состо ние. Следующий после запуска преобразовател  импульс с выхода формировател  9 устанавливает на первом выходе блока 16 сигнал «1, который вызывает замыкание ключей 5 и 10. При этом входное напр жение (его положительна  полуволна) поступает через резисторы 6 и 11 на инвертирующие входы усилител  7 и компаратора 13, соответственно. Усилитель 7 с конденсатором 4 в цепи обратной св зи, представл ет собой устройство выборки и запоминани  и работает сначала в режиме выборки , а затем в момент прохождени  входным напр жением максимума переводитс  в режим запоминани . При этом максимум входного напр жени  определ етс  в момент равенства нулю разности между входным и задержанным относительно него на некоторый временной интервал напр жением (дл  обеспечени  заданной погрещности определени  момента максимума входного напр жени  указанна  задержка задаетс  достаточно малой). Напр жение на выходе усилител  7 и на выходе 18 преобразовател  равно входному напр жению, но имеет обратный знак и некоторую задержку по отнощению к последнему. Величина задержки определ етс  посто нной времени цепи, состо щей из резистора 6 и конденсатора 4. С выхода усилител  7 сигнал через резистор 12 поступает- на инвертирующий вход компаратора 13, неинвертирующий вход которого соединен с нулевым потенциалом. При этом к инвертирующему входу компаратора 13 прикладываетс  разность между напр жением , поступающим с входа 17 через резистор И, и напр жением, поступающим с выхода усилител  7 через резистор 12 (резисторь 11 и 12 обеспечивают разв зку между выходом усилител  7 и выходом источника переменного напр жени , соединенного с входом 17 преобразовател ). Сначала (в течение первой четверти периода входного напр жени ) указанна  разность имеет знак « + , так как проинвертированное усилителем 7 входное напр жение отстает по фазе от напр жени  на входе 17. При этом напр жение на выходе компаратора 13 имеет знак «-. В момент перехода входным напр жением через максимум указанна  выще разность становитс  равной нулю, а затем принимает знак -. При этом происходит скачкообразное изменение знака напр жени  на выходе компаратора 13 и срабатывание формировател  14, который формиpyej по переднему фронту сигнала на его входе короткий импульс на своем выходе. Этот импульс поступает на выход 19 преобразовател  и фиксирует момент прохождени  входного напр жени  через максимум. Отметка экстремума помимо информации о временном положении последнего обеспечивает также синхронизацию работы устройств , подключенных к выходу преобразовател  (например, аналого-цифрового преобразовател ), сигнализиру  о наличии на выходе 18 посто нного напр жени , равного амплитудному значению переменного напр жени , поступающему на вход 17. Действительно, импульс с выхода формировател  14, поступа  на третий вход блока 16, формирует на первом выходе последнего сигнал «О, и тем самым устанавливает ключи 5 и 10 в разомкнутое состо ние.. При этом на конденсаторе 4 запоминаетс  максимальное значение входного напр жени . В исходное состо ние преобразователь приводитс  подачей короткого, импульса на вход 22. При этом на втором выходе блока 16 формируетс  сигнал «1, который устанавливает ключ 2 в замкнутое состо ние и подключает тем самым источник 1 опорного напр жени  через резистор 3 к инвертирующему входу усилител  7. Поскольку опорное напр жение имеет отрицательную пол рность, то при подключении его начинаетс  линейный разр д конденсатора 4, скорость разр да которого определ етс 

величиной сопротивлени  резистора 3 и емкости конденсатора 4. При равенстве нулю напр жени  на выходе усилител  7 происходит скачкообразное изменение знака напр жени  на выходе компаратора 13 с « + на «- и срабатывание формировател  15, который формирует по заднему фронту сигнала на его входе короткий импульс на своем выходе. Этот импульс поступает на второй вход блока 16 и устанавливает на его втором выходе сигнал «О. При этом ключ 2 устанавливаетс  в разомкнутое состо ние и отключает источник 1 опорного напр жени  от входа усилител  7. Таким образом, преобразователь приводитс  в исходное состо ние . При подаче очередного импульса запуска на вход 21 преобразовател  процесс преобразовани  амплитудного значени  переменного напр жени  в посто нное осуществл етс  аналогично описанному выше.

Режим преобразовани  амплитудных значений переменного напр жени  во временной интервал.

Этот режим работы преобразовател  задаетс  подачей сигнала «1 на вход 23. Запускаетс  преобразователь подачей короткого импульса на вход 21. При этом работа преобразовател  от его запуска до момента прохождени  входного напр жени  через максимум осуществл етс  так же, как и в первом режиме. Отличие работы преобразовател  в данном режиме от работы его в предыдущем режиме заключаетс  в отсутствии этапа хранени  (запоминани ) на конденсаторе 4 амплитудного значени  входного напр жени . Действительно, в момент максимума входного напр жени  происходит скачкообразное изменение пол рности напр жени  на выходе компаратора 13 и срабатывание формировател  14.

При поступлении в данном режиме импульса с выхода компаратора 14 на третий вход блока 16 сигнал «1 снимаетс  с первого и формируетс  на втором выходе последнего . Кроме того, сигнал «1 формируетс  на третьем выходе блока 16. При этом ключи 5 и 10 размыкаютс , а ключ 2 замыкаетс . .При подключении источника 1 опорного напр жени  через резистор 3 и к инвертирующему входу усилител  7 происходит линейный разр д конденсатора 4. В момент перехода напр жени  на выходе усилител  7 через нуль происходит изменение пол рности напр жени  на выходе компаратора 13 и срабатывание формировател  15. Импульс с выхода формировател  15 поступает на второй вход блока 16 и устанавливает на втором и третьем выходах блока 16 сигнал «О. Ключ 2 размыкаетс  и отключает источник 1 опорного напр жени  от входа

усилител  7. При этом длительность импульса , сформированного на выходе 20 преобразовател , ввиду линейности разр да конденсатора 4, оказываетс  пропорциональной амплитудному значению входного напр жени .

При подаче очередного импульса запуска на вход 21 преобразовател  процесс преобразовани  амплитудного значени  переменного напр жени  во временной интервал осуществл етс  аналогично описанному

5 выще.

Таким образом, как видно из описани  работы преобразовател , в последнем полностью обеспечиваетс  преобразование амплитудных значений переменного напр жени  не только в посто нное напр жение, но также и во временной интервал, кроме того обеспечиваетс  фиксаци  моментов по влени  максимальных значений переменного напр жени .

5 Использование предлагаемого изобретени  позволит сократить аппаратурные и следовательно материальные затраты при преобразовании в код амплитудных значений переменного напр жени , часто встречающемс  в практике электрических измерений.

Claims (1)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АМПЛИТУДНЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий операционный усилитель, инвертирующий вход которого через конденсатор соединен с его выходом, компаратор, ключ и два резистора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных ’ возможностей путем обеспечения преобразования амплитудных значений напряжения во временной интервал и фиксации моментов появления этих значений, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, два ключа, два резистора, два формирователя заднего фронта, формирователь переднего фронта и блок управления, при этом Входы первого и второго ключей подключены к инвертирующему входу первого компаратора и к информационному входу преобразователя, а их управляющие входы — к первому выходу блока управления, выход первого ключа через первый резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому выходу преобразователя и через второй резистор — к инвертирующему входу второго компаратора, выход второго ключа через третий резистор соединен с инвертирующим входом второго компаратора, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующим входам первого компаратора и операционного усилителя, а также — к общей шине, выход источника напряжения соединен с входом третьего ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, а его выход через четвертый резистор — к инвертирующему входу операционного усилителя, выход первого компаратора через первый формирователь заднего фронта подключен к первому входу блока управления, выход второго компаратора через второй формирователь заднего фронта соединен с вторым входом блока управления, а через формирователь переднего фронта — с вторым выходом преобразователя и третьим входом блока управления, третий выход которого подключен к третьему выходу преобразователя, первый, второй и третий входы управления которого соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым входами блока управления.

   SU ... 1007037