SU443323A1 - Быстродействующий преобразователь переменного напр жени в посто нное - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники,

Известны быстродействущие преобразователи переменного напр жени  в посто нное, содержащие выпр мл ющие диоды, усилитель и резистор обратной св зи.

Однако 1 этих преобразовател х при изменении фазы входного напр жени  на 180° пол рность выходного сигнала не мен етс . Кроме того , известные преобразователи имеют низкое быстродействие (при частотных входного сигнала 2040 Гц оно составл ет 7-10 сек).

Эти недостатки не позвол ют эффективно использовать указанные преобразователи в системах обегающего контрол , когда входной сигнал поступает поочередно от нескольких дифференциальных датчиков.

Дл  расширени  частотного диапазона преобразовани  и повышенш чувствительности в предлагаемый

преобразователь введены дифференцирующий элеыбнт, регистр5КЛ 0чи , усилитель-ограничитель, триггер , интегрирующие конденсаторы, резистор нагрузки, йазочувствитэльный усилитель, вход которого соединен с выходом усилител  и через выпр мл ющие диоды, первый, второй ключи - с входами третьего и четвертого ключей,а также о входом усилител  ограничител , причем вход триггера подключен к выходу фазочувствительного усилител , первый выход его соединен с управл ющими входами второго, п того ключей, второй вход его с управл ющими входами первого, второго ключей; кроме того, выход усилител  через резистор обратной св зи подключен к входам п того и шестого ключей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго ключей; кроме того, выход усилител  ограничител  подключен к

jbA.o/t;y регистра, соответствующие выходы которого соединены с управл ющими входами третьего, четвертого,седьмого, восьмого, дев того и дес того ключей, причем выход третьего ключа подключен к первому интегрирующему конденсатору, входам седьмого и

дев того ключей, а выход четвертого ключа - к второму интегрирующему конденсатору, входам восьмого и дес того ключей, а выходы дев того и дес того ключей соединены с сопротивлением нагрузки.

На чертеже изображена блоксхе ла описываемого преобразовател , состо щего из дифференцирующего звена I, усилител  2, резистора 3 обратной св зи, фазочувствительного усилител  4, триггера 5, выпр мл ющих диодов б и 7, ключей 8-II, коммутирующих направление тока в нагрузке преобразовател , ключей 12-17 усилител  ограничител  18, разр дного регистра 19, интегрирующих конденсаторов 20, 21 и нагрузки 22 преобразовател ,

Принцип действи  преобразовател  заключаетс  в следующем,

Переменное напр жение, подаваемое на вход преобразовател  через дифференцирующее звено I, включено встречно с напр жением обратной св зи, снимаемым с резистора 3, так, что на вход усилител  2 воздействует разность этих напр жений - .С выхода усилител  2 усиленное напр жение IH (здесь У.2

коэффициент усилени  усилител  2 поступает на диоды 6,7 и усилитель 4 с синхронным детектором.

Если напр жение на выходе усилител  4 положительно и достигает заданного уровн , то триггер 5 находитс  в строго заданном состо нии, так что ключи В, II открыты, а ключи 10, 9 закрыты , В результате на входе усилител  ограничител  18 по вл етс  посто нна  составл юща  положительной пол рности.

При смене фазы синфазной составл ющей входного напр жени  на противоположную (относительно опорного напр жени  и on. ) измен етс  пол рность напр жени  на входе триггера 5, в результат чего измиапютс  уровни напр жений на его выходах и состо ни  ключей. Ключи 8,11 закрываютс .

а ключи-У,1и открьшаютс , например , напр жение на входе коммутатора (ключи 8,11) становитс  отпитт тельным ,

Напр женио с выхода коммутатора поступает на усилит8ль ограничитель 18, который усиливает пульсацию этого напр жени . При переходе через нуль напр жени  на входе усилител  один раз за период происходит изменение состо ни  регистра 19, в результате чего за несколько периодов срабатывают ключи 12-17 в следующей последовательности: сначала открываетс  ключ 12, и конденсатор 20 зар жаетс  током через диод и отк рытый ключ 10 (или II) в зависимости от фазы входного напр жени , при этом ключи 13-16 закрыты и только ключ 17 открыт.

В течение нескольких периодов, в зависимости от числа разр дов регистра 19, конденсатор зар жаетс , после чего исмпульсы с регистра закрывают ключи 12,17 и открывают ключи 15,16, Конденсатор 20 подключаетс  последовательно нагрузке 22, создава  через нее ток. В следующий такт ключ 15 закрываетс , а ключ 13 открываетс , происходит зар д конденсатора 21 током через открытый ключ 10 или II.

После окончани  заданного времени зар да ключи 13,16 закрываютс , а ключи 14 и 17 открываютс  При этом параллельно нагрузке 22 подключаетс  зар женный конденсатор 20, а конденсатор 21 отключаетс  от нагрузки и разр жаетс  через ключ 14,

Таким образом, в любой момент времени параллельно нагрузке подключен конденсатор 20 или 21, зар женный до напр жени , определ емого по формуле

Z

ii.iSlJ

с

V

о

де - амплитуда входного

напр жени ;

с - напр жение, до которого зар жаетс  конденсатор за ин ,. , тервал времени ;

) коэффициент передачи дифференцирующего звена I; п - число периодов, в

течение которых происходит зар д конденсато ,, ров; С - емкость каждого конденсатора;

- углова  частота; Кр- коэффициент преобразовани  преобразовател  напр жени  в ток,

Ксли сопротивление нагрузки выбрать достаточно большим, то напр жение на конденсатора за и тТ- - Т будет практически неизменно. Здесь €Т - интервал вреыени, в течение которого открываетс  ключ 14 или 15 дл  разр да соответствующего конденсатора

Из соотношени  (I) видно, что напр жение на нагрузке не зависит от частоты и пропорционально току зар да конденсаторов, который при достаточной глубине обратной св зи с высокой точностью пропорционален входному переменному напр жению . Значени  /п и (f выбирают так, чтобы возможные запаздывани  срабатывани  ключей не вносили существенной погрешности.

На низких частотах, когда период Т весьма велик (0,2-0,08 сек) врем  переходного процесса предлагаемого преобразовател  не превысит (2-3) т .

На высоких частотах, когда длительность периода Т соизмерима с временем запаздывани  при переключении, целесообразно , с целью увеличени  точности , выбирать параметры т v( достаточно большими путем увеличени  числа разр дов /г регистра 19.

Как видно, быстродействие предлагаемого преобразовател  получаетс  существенно более высоким по сравнению с известными преобразовател ми, особенно на низких частотах, при этом обеспечиваетс  чувствительность к смене фазы входного напр жени  на противоположную .

Схема преобразовател  легко выполн етс  на стандартных ин-;тегоальных микросхемах,

В случае преобразовани  сигналов с емкостных или воздушнотрансформаторных датчиков перемещений необходимость в дифференцирующем звене I отпадает.

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ Быстродействующий преобразователь переменного напр жени  в посто нное , содержащий выпр мл ющие диоды , усилитель и резистор обратной св зи. отлич.аюшийс  тем

что, с целью расширени  частотно-{ го диапазона преобразовани  и повышени  чувствительности, в него введены дифференцирующий элемент, регистр, ключи, усилитель ограничитель , триггер, интегрирующие конденсаторы, резистор нагрузки, фазочувствительный усилитель, вход которого соединен с выходом усилител  и через выпр мл ющие диоды, первый и второй ключи - с входами третьего и четвертого ключей, а также с входом, усилител  ограничител , причем вход триггера подключен к выходу фазочувствительного усилител , первый выход его соединен с управл ющими входами второго, п того ключей, второй вход его - с управл ющими входами первого, второго ключей; кроме того, выход усилител  через резистор обратной св зи подключен к входам п того и шестого ключей, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго ключей; кроме того, выход усилител  ограничител  подключен к входу регистра, соответствующие выходы которого соединены с управл ющими входами третьего, четвертого , седьмого, восьмого, дев того и дес того ключей, причем выход третьего ключа подключен к первому интегрирующему конденсатору , входам седьмого и дев того ключей, а выход четвертого ключак второму интегрирующему конденсатору , входам восьмого и дес того ключей, а выходы дев того и дес того ключей соединены с сопротивлением нагрузки.