SU1191892A1 - Калибратор напр жени - Google Patents

Abstract

.КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напр жени , выходом через последовательно соединенные первый ключ и первый резистор подключенный к инвертирующему входу операционного усилител , неинвертирующий вход которого соединен с общей щиной, а выход через второй ключ и последовательно соединенный с ним повторитель напр жени  подключен к выходной клемме, последовательно соединенные третий ключ и второй резистор, включенные между выходной клеммой и инвертирующим входом операционного усилител , интегрирующий конденсатор, одним из выводов подключенный к инвертирующему входу операционного усилител , запоминающий конденсатор, одним из выводов подключенный к входу повторител  напр жени , счетчик импульсов, а также преобразователь кода во временной интервал, один из входов которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а первый, второй и третий выходы подключены к управл ющим входам первого, второго и третьего ключей, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей калибратора напр жени , в него введены два коммутатора, блок пам ти, дешифратор , а также N дополнительных интегрирующих конденсаторов, одним из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входу операционного усилител , и N дополнительных запоминающих конденсаторов, одним из выводов подключенных к входу повторител  напр жени , причем другие выводы каждого из интегрирую (Л щих конденсаторов через первый коммутатор подключены к выходу операционного усилител , другие выводы каждого из запоминающих конденсаторов через второй коммутатор подключены к общей шине, управл ющие входы обоих коммутаторов через дешифратор подключены к выходу счетчика импульсов, соединенного с первым входом со блока пам ти, второй вход которого подсоединен к клемме дл  подключени  источника управл ющего сигнала, а выход подключен сх Х) к другому входу преобразовател  кода во временной интервал, вторым выходом соедиto ненного с входом счетчика импульсов.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к калибраторам переменного напр жени , и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем и систем автоматического контрол  и управлени .

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей калибратора напр жени .

На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого калибратора напр жени ; на фиг. 2 - преобразователь кода во временной интервал; на фиг. 3 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Калибратор напр жени  coдepжиt источник 1 опорного напр жени , выходом через последовательно соединенные первый ключ 2 и первый резистор 3 подключенный к инвертирующему входу операционного усилител  4, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - через второй ключ 5 и повторитель 6 напр жени  подключен к выходной клемме 7 устройства, цепь обратной св зи, выполненную в виде последовательно соединенных второго резистора 8 и третьего ключа 9, включенную между инвертирующим входом операционного усилител  4 и .выходной клеммой 7, интегрирующие конденсаторы 10, одним из выводов соединенные вместе и подключенные к инвертирующему входу операционного усилител  4, а другими выводами через первый коммутатор 11 подключенные к выходу операционного усилител  4, запоминающие конденсаторы 12, одним из выводов соединенные вместе и подключенные к входу повторител  6 напр жени , а другими выводами через второй коммутатор 13 подключенные к общей щине, а также преобразователь 14 кода во временной интервал, первым входом подключенный к выходу генератора 15 опорной частоты, вторым входом - к выходу блока 16 пам ти, а первым, вторым и третьим выходами - к управл ющим входам ключей 2,5 и 9 соответственно, счетчик 17 импульсов, вход которого соединен с вторым выходом преобразовател  14, а выход - с входом дешифратора 18, выходами подключенного, к управл ющим входам коммутаторов 11 и 13, и с -первым входом блока 16 пам ти, второй вход которого подсоединен к клемме 19 дл  подключени  источника управл ющего сигнала.

Преобразователь 14 кода во временной интервал (фиг. 2) содержит счетчик 20 импульсов , схемы 21 и 22 сравнени  кодов, дещифратор 23, триггеры 24 и 25, а также элемент И 26.

Калибратор напр жени  работает циклично . В каждом цикле происходит формирование отдельных ступенек выходного кусочно-ступенчатого аппроксимированного сигнала калибратора {фиг. За). Длительность циклов, определ ема  длительностью

отдельных участков аппроксимации формируемого сигнала, задаетс  импульсами цикла (фиг. Зг), которые формируютс  преобразователем 14 кода во временной интервал.

Импульсы цикла с второго выхода преобразовател  14 подаютс  на управл ющий вход ключа 5, а также на счетный вход счетчика 17 импульсов и по заднему фронту измен ют его состо ние. Счетчик 17 подсчитывает циклы и выходным кодом осуществл ет последовательную адресацию  чеек пам ти блока 16, а также через дешифратор 18 управл ет коммутаторами 11 и 13, с помощью которых происходит поочередное подключение интегрирующих 10 и запоминающих 12 конденсаторов к выходу операционного усилител  4 и к общей щине соответственно .

В блок 16 пам ти, представл ющий собой оперативное, посто нное либо перепрограммируемое посто нное запоминающее

0 устройство, предварительно занесен набор кодов, .задающих значени  ординат и длительностей отдельных ступенек кусочноступенчатого аппроксимированного сигнала, формируемого на выходе калибратора. Запись информации в  чейки пам ти блока 16 производитс  по его входу записи (при использовании посто нных запоминающих устройств этот вход отсутствует, а информаци  о форме сигнала, т.е. «защита хранитс  в нем посто нно), подключенному к

клемме 19, от внешнего источника управл ющего сигнала например, программным путем. При подключении запоминающих конденсаторов 12 к общей щине напр жение, запомненное на них, последовательно считываетс  и через повторитель 6 напр жени , имеющий высокое входное сопротивление, поступает на выходную клемму 7 калибратора , где периодически повтор ющимис  циклами происходит развертка формируемого на выходе калибратора переменного

0 напр жени  (фиг. За). При задании адреса  чеек пам ти блока 16 коды установки ординат и длительностей отдельных ступенек, определ ющие мгновенные значени  формируемого на выходе калибратора переменного напр жени , последовательно считьша ютс , поступают на первый вход преобразовател  14 кода во временной интервал, на второй вход которого подаютс  тактовые импульсы опорной частоты, и преобразуютс  в пропорциональные этим кодам интерQ валы времени. Интервалы времени Т ToN (фиг. 36), формируемые на первом выходе преобразовател  14 в виде импульсов управлени  ключом 2, пропорциональны кодам Ni установки значений ординат кусочно-ступенчатой аппроксимированной кривой, где

5 TO - период следовани  импульсов опорной частоты; i - номер аппроксимирующей ступеньки , и задают длительность импульсов выборок опорного эталонного напр жени 

источника 1, формируемых при помо1ци ключа 2. Интервалы времени Tf ToN между короткими по длительности импульсами цикла (фиг. Зг), формируемые на втором выходе преобразовател  14, задают длительность отдельных ступенек аппроксимированной кривой, где Ni - код установки длительности ступенек. На третьем выходе преобразовател  14 синхронно с Те формируютс  импульсы управлени  ключом 9 посто нной длительности Т То No, где No - некоторое посто нное число, которые задают длительность импульсов выборок выходного напр жени  калибратора, образующих сигнал обратной св зи (фиг. Зв) с выхода калибратора. Импульсы выборок опорного эталонного напр жени , имеющие заданную вольт-секундную площадь, а также импульсы выборок выходного напр жени  калибратора через резисторы 3 и 8 соответственно подаютс  на инвертирующий вход операционного усилител  4, в цепь обратной св зи которого включен один из интегрирующих конденсаторов 10. Причем при формировании i-й ступеньки выходного сигналакалибратора , когда происходит считывание напр жени  с i-ro запоминающего конденсатора 12, в цепь обратной св зи усилител  4 с помощью коммутатора 11 включаетс  i-й интегрирующий конденсатор 10, а интервалы времени управлени  ключами 2 и 5 соответственно равны Ti и Т. Сигналы выборок опорного и выходного напр жений калибратора интегрируютс  на i-м конденсаторе 10, причем изменение напр жени  на конденсаторе 10 под действием этих сигналов , имеющих разную пол рность, противоположны по знаку. В результате на i-м интегрирующем конденсаторе 10 происходит сравнение вольт-секундных площадей импульсов выборок опорного и выходного напр жений калибратора, формируетс  корректирующа  поправка, пропорциональна  разности вольт-секундных площадей этих выборок , и вводитс  в результат интегрировани  разностного сигнала, образованного выборками опорного и выходного напр жений при формировании i-й его аппроксимирующей ступеньки за предыдущие периоды развертки выходного сигнала калибратора. Скорректированное по значению напр жение , образованное на i-м интегрирующем конденсаторе 10, по окончании i-й ступеньки выходного сигнала с приводом на управл ющий вход ключа 5 короткого ло длительности импульса цикла (фиг. Зг) переписываетс  на i-й конденсатор 12 и запоминаетс , после чего состо ние счетчика 17 импульсов измен етс , i-й конденсатор 12 отключаетс  от общей щины и происходит формирование следующей ступеньки выходного сигнала. Скорректированное по значению напр жение запоминаетс  на i-м конденсаторе 12 на врем , равное длительности одного периода развертки Т формируемого на выходе калибратора сигнала, и в следующем периоде с началом формировани  соответствующий этому напр жению i-й ступеньки

5 считываетс  и через повторитель 6 напр жени  подаетс  на выходную клемму 7, где и происходит отработка сформированной в предыдущем периоде корректирующей поправки , а на i-M участке выходного сигнала калибратора при этом устанавливаетс  более точное по значению напр жение.

Таким образом, формирование корректирующей поправки и ее отработка происход т при формировании одной и той же ступеньки выходного сигнала калибратора.

5 Причем формирование поправки происходит в одном периоде развертки выходного сигнала, а ее отработка - в следующем. При этом конечное врем , с которым происходит установление выходного напр жени  калибратора, (в отличие от известных

0 устройств) не вли ет на точность обработки отдельных мгновенных значений формируемого на выходе калибратора переменного напр жени  на каждом участке его аппроксимации .

5п

Процесс установлени  выходного напр жени  калибратора носит итерационный характер и осуществл етс  за несколько периодов развертки формируемого переменного напр жени . Через m периодов мгновенные 0 значени  выходного напр жени  калибратора станов тс  равными

ТГ г- j-itn

J- -|T-S Qi +UniQT,(1)

I-i M

где EO -значение опорного эталонного на5пр жени  источника 1;

i - номер участка аппроксимации формируемого сигнала (i 1, 2, 3,...,

п);

UHI - начальное напр жение на i-м конденсаторе 10 перед началом первого периода развертки формируемого сигнала;

j -номер периода развертки (j 1,2, 3,...,гп);

5Qi

R, Rj - сопротивлени  резисторов 3 и 8

соответственно;

Ci - емкость i-ro конденсатора 10. Выражение (1) представл ет собой сумд му m членов геометрической прогрессии, сход щейс  при условии IQil, при этом же условии член UniQi убывает. В установивщемс  режиме при достаточно больщом m происходит уравновещивание вольтсекундных площадей и.мпульсов выборок 5 опорного и выходного напр жений калибратора , сигнал поправки при этом стремитм  к нулю, а мгновенные значени  формируемого на выходе калибратора переменного напр жени  на каждом участке его аппроксимации устанавливаютс  равными

F si Iz Ел

1-0 грп м п..

Т в

No HI

т.е. определ ютс  отношением двух заданных кодом временных интервалов и не завис т от нестабильности коэффициента передачи цепи, образованной блоками 4, 5, 6, 10, 11, 12 и 13 охваченной обратной св зью по мгновенным значени м сформированного на выходе калибратора переменного напр жени  в моменты вз ти  выборок из этого напр жени .

При поочередном интегрировании импульсов выборок опорного и выходного напр жений калибратора, что приводит к увеличению минимальной длительности отдельных участков аппроксимации формируемого сигнала, возможно Г1рименение одного неточного хронирующего резистора (вместо двух точных 3 и 8), а мгновенные значени  формируемого на выходе калибратора переменного напр жени  равны

т I р Ti р Ni Ut Ьо 1 - Ьо щ,

т.е. определ ютс  только отношением двух временных интервалов, умноженным на значение опорного эталонного напр жени .

Преобразователь 14 кода во временной интервал (фиг. 2) работает следующим образом .

Тактовые импульсы опорной частоты с выхода генератора 15 опорной частоты поступают на счетный вход счетчика 20 импульсов а также на один из входов элемента И 26. С началом каждого цикла преобразовани  код счетчика 20 сбрасываетс  и в него записываетс  единица, а триггеры 24 и 25 устанавливаютс  в единичное состо ние. Код счетчика 20, подсчитывающего в течение каждого цикла тактовые импульсы генератора 15, измен етс  и поступает на первые группы входов схем 21 и 22 сравнени  кодов . На вторые группы входов которых подаютс  соответственно код Ы установки

ординаты и код установки длительности формируемой в данном цикле ступеньки выходного сигнала калибратора, считанные с блока 16 пам ти. При превыщении кодом счетчика 20 N, т.е. с приводом

N{ тактовых импульсов на счетный вход счетчика 20, срабатывает схема 22 сравнени  кодов и устанавливает в нулевое состо ние триггер 25. Сравнение кодов схемой 22 происходит по принципу «больще. При превыщении кодом счетчика 20 Nj, где NO -

некоторое посто нное число, срабатывает дещифратор 23 и устанавливает в нулевое состо ние триггер 24. При этом на выходах триггеров 25 и 24 формируютс  интервалы времени соответственно Tj- ToNj и Т То NO, служащие дл  управлени  ключами 9 и 2. С приводом на счетный вход счетчика 20 N - 1 тактовых импульсов код числа , записанного в счетчике 20, становитс  равным N{. При этом срабатывает схема 21 сравнени  кодов, устанавливающа  равенство кодов, и разрещает прохождение через элемент И 26 Nt -го тактового импульса с генератора 15, который поступает на входы установки в состо ние «1 триггеров 24 и 25, а также на вход предустановки счетчика 20 импульсов и устанавливает их в исходное

состо ние. При этом код счетчика 20 сбрасываетс , в него записываетс  единица, а на выходе схемы 21 сравнени  кодов формируетс  короткий по длительности (То) импульс конца цикла, который поступает на управл ющий вход ключа 5, а также на

счетный вход счетчика 17 и своим задним фронтом задает длительность формируемой в данном цикле ступеньки выходного сигнала калибратора. Далее начинаетс  следующий цикл преобразовани .

Т - кЗ

От 15 So

IH

L.

Orn16 Nynp

.J7

Фиг . 2

ЧоЧо

Чч.

Ч

-

/

кГ

к

to

к

ь

vj

JC

к

-«L

fV3

Claims (1)

1. .КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий источник опорного напряжения, выходом через последовательно соединенные первый ключ и первый резистор подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход через второй ключ и последовательно соединенный с ним повторитель напряжения подключен к выходной клемме, последовательно соединенные третий ключ и второй резистор, включенные между выходной клеммой и инвертирующим входом операционного усилителя, интегрирующий конденсатор, одним из выводов подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя, запоминающий конденсатор, одним из выводов подключенный к входу повторителя напря- жения, счетчик импульсов, а также преобразователь кода во временной интервал, один из входов которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а первый, второй и третий выходы подключены к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей калибратора напряжения, в него введены два коммутатора, блок памяти, дешифратор, а также N дополнительных интегрирующих конденсаторов, одним из выводов соединенных вместе и подключенных к инвертирующему входу операционного усилителя, и N дополнительных запоминающих конденсаторов, одним из выводов подключенных к входу повторителя напряжения, при- § чем другие выводы каждого из интегрирующих конденсаторов через первый коммутатор подключены к выходу операционного усилителя, другие выводы каждого из запоминающих конденсаторов через второй коммутатор подключены к общей шине, управляющие входы обоих коммутаторов через дешифратор подключены к выходу счетчика импульсов, соединенного с первым входом блока памяти, второй вход которого подсоединен к клемме для подключения источника управляющего сигнала, а выход подключен к другому входу преобразователя кода во временной интервал, вторым выходом соединенного с входом счетчика импульсов.

   SU ₍₁₁₎ 1191892